Elektrizitätslehre & Magnetismus

5.6. Generator und Motor
5.6.1. Generator - Erzeugung von Wechselstrom
Impulse S. 260ff
Der einfachste mechanische Aufbau zur Erzeugung von Wechselstrom ist die Drehung
einer Leiterschleife in einem konstanten Magnetfeld (siehe früheres Experiment). Der
magn. Feldfluss ändert sich ständig, es wird ein Strom induziert, der seine Stärke und
Richtung periodisch ändert - ein Wechselstrom.
∆ΦB
Es gilt: Ui
= − → für kurzeitige Veränderungen ∆t: Ui
∆t
Vergleichen Sie die Bilderserie im Impulse:
B
A
α
= lim∆t→
0
∆Φ
−
∆t
B
dΦ
= −
dt
2 π
Definition: α = ⋅ ⋅ = ω ⋅
T t t
Mit Umlaufszeit T und Winkelgeschwindigkeit ω
Es gilt: Φ
B
= A ⋅B ⋅cos α = A ⋅B ⋅cos( ω⋅ t )
'
B
B
= −Φ
Also: U = −Φ = −A
⋅B
⋅(
−)sin(
ω⋅ t) ⋅ω = A ⋅B
⋅ω⋅sin(
ω⋅
t)
i
→ U i (t) = U(t) = U ⋅ 0
sin( ω ⋅ t)
Die Wechselspannung U(t) lässt sich als Funktion der Zeit darstellen:
U
'
B
T/4 T/2 3T/4 T 5T/4
Zeit t
Den maximalen Spannungsausschlag bezeichnet man auch als Scheitelwert der Spannung
(Amplitude U 0 der Spannungsschwingung, U 0 = 2 ⋅230 V). Eine Drehung der
Drahtschlaufe ergibt also gerade eine Periode der Sinusfunktion.
Die Generatoren (Leiterschlaufen) für unseren Haushaltstrom drehen sich 50 Mal in der
Sekunde. Der Wechselstrom hat die Frequenz von 50 Hz.
„Meine Bemühungen gründen sich auf dem Glauben, dass die Welt eine
völlig harmonische Struktur aufweist.“ A. Einstein
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