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Aufgabe

Generator-Grundlagen

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Zwischen den Polen eines Elektromagneten rotiert eine rechteckige Leiterschleife in der skizzierten Richtung.

a)Begründe, wie die Stromquelle für den Feldmagneten gepolt sein muss, damit sich im Stator die skizzierten Magnetpole ergeben.

b)Erläutere, welche Polarität bei den Anschlüssen A und B auftritt, wenn sich die Leiterschleife während der Rotation gerade in der skizzierten Stellung befindet.

Benenne dabei die verwendete Regel.

c)In der unteren Skizze ist die Stellung der Leiterschleife zu verschiedenen Zeitpunkten angedeutet.

Zeichne den zugehörigen Spannungsverlauf in das \(t\)-\(U\)-Diagramm ein.

Hinweis: Die Spannung wird positiv gezählt, wenn Anschluss A positiv gegenüber B ist.

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a)Die Polung der Spannungsquelle für den Feldmagneten ermittelst du mit Hilfe der ersten Rechten-Faust-Regel: Damit das Magnetfeld im Spulenzentrum die angedeutete Richtung hat, muss der technische Strom die skizzierte Richtung haben. Damit ist der Pluspol der Quelle links.

b)Der linke Teil der Schleife bewegt sich nach unten. Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand kann man z.B. die Kraftwirkung auf die mit der Leiterschleife bewegten positiven Ladungsträger ermitteln:

Daumen in Richtung der Geschwindigkeit also nach unten; Zeigefinger in Richtung der Magnetfeldlinien, also nach rechts, dann gibt der Mittelfinger die Richtung der Lorentzkraft an, also bei diesem Leiterstück nach vorne.

c)Immer dann, wenn die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld am größten ist, ist auch die Lorentzkraft und damit die Ladungstrennung maximal. In diesem Augenblick liegt ein Spannungsmaximum vor. In den Fällen, wo die Spulenebene senkrecht zum Magnetfeld steht, ist die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld Null und somit ist auch die Spannung Null.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Induktion und Transformator