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Aufgabe

Generator-Grundlagen

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

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

a)Wie muss die Stromquelle für den Feldmagneten gepolt sein, damit sich die skizzierten Magnetpole ergeben. Begründen Sie ihre Antwort.

b)Welche Polarität tritt bei den Anschlüssen A und B auf, wenn sich die Leiterschleife während der Rotation gerade in der skizzierten Stellung befindet?

Stellen Sie Ihre Überlegungen klar dar und benennen Sie die verwendete Regel. Ergänzen Sie die Zeichnung!

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 werde positiv gezählt, wen A gegenüber B positiv ist.

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a)Ermittlung der Polung der Spannungsquelle für den Feldmagneten mit Hilfe der 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 UVW-Regel der rechten Hand kann man z.B. die Kraftwirkung auf die mit der Leiterschleife bewegten positiven Ladungsträger ermitteln: Ursache: Geschwindigkeit (nach unten); Vermittlung: Magnetfeld (nach rechts); Wirkung: Lorentzkraft (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.