Elektrizitätslehre

Elektromagnetische Induktion

Generator (Simulation)

  • Wie funktioniert ein Elektromotor?
  • Wie erzeugt ein Dynamo elektrischen Strom?
  • Was bewirkt eine Spule?

Generator (Simulation)

 
©  W. Fendt 1998
HTML5-Canvas nicht unterstützt!
1 Simulation eines Generators

Diese Simulation zeigt einen Generator, der aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die wesentlichsten Teile reduziert ist. Anstelle eines Ankers mit vielen Windungen und Eisenkern dreht sich hier nur eine einzige rechtwinklige Leiterschleife, und die Achse wurde weggelassen.

Die Radiobuttons oben erlauben die Wahl zwischen Wechselstromgenerator (ohne Kommutator) und Gleichstromgenerator (mit Kommutator). Mit dem darunterliegenden Schaltknopf lässt sich die Drehrichtung umkehren. Ein Schieberegler ermöglicht das Einstellen der Drehgeschwindigkeit. Mit dem Schaltknopf "Pause / Weiter" kann man die Simulation anhalten und wieder starten. Ein Stopp bedeutet jedoch nicht ein wirkliches Anhalten; in diesem Falle würde nämlich die induzierte Spannung auf Null absinken.

Zwei schwarze Pfeile kennzeichnen die momentane Bewegungsrichtung. Die magnetischen Feldlinien (vom rot gezeichneten Nordpol des Hufeisenmagneten zum grün dargestellten Südpol) sind an der blauen Farbe zu erkennen. An den roten Pfeilen kann man die Richtung des induzierten Stromes (technische oder konventionelle Stromrichtung) ablesen.

Danksagungen von Herrn Fendt: Herzlichen Dank an Herrn Jürgen Giesen, der mit seinen Vorschlägen zum Entstehen dieser Simulation beigetragen hat, und an Herrn Teun Koops für seinen Verbesserungsvorschlag!

Wir danken Herrn Walter Fendt für die Erlaubnis, diese HTML5/Javascript-Animation auf LEIFIphysik zu nutzen.

Aufgabe

Beantworte folgende Fragen bevor du das Applet startest:

Warum ist die entstehende Spannung gerade maximal, wenn die Leiterschleife vertikal steht und minimal, wenn die Leiterschleife horizontal steht?

Welcher wesentliche Unterschied im Aufbau besteht zwischen dem Generator ohne und mit Kommutator? Welche Folge hat dies?

Lösung

Stellung der Leiterschleife im Bild 1 der Aufgabenstellung:

Die mit dem rotierenden Leiter mitbewegten Elektronen erfahren eine Lorentzkraft, die maximal ist, wenn die Bewegungsrichtung der Elektronen genau senkrecht zum Magnetfeld ist. Dies ist genau dann der Fall, wenn die Leiterschleife vertikal steht.  Dadurch kommt es zur stärksten Ladungstrennung und somit zur größten Spannung.

Hat sich die Spule um 90° weiter gedreht und steht horizontal, so ist die Bewegungsrichtung der Elektronen parallel zum Magnetfeld und die Lorentzkraft daher Null. Es erfolgt keine Ladungstrennung und somit ergibt sich auch keine Spannung.

Unterschied zwischen dem Generator ohne und mit Kommutator:

Ohne Kommutator gibt es zwei Schleifringe an denen abgegriffen wird. Es handelt sich um einen Wechselspannungsgenerator.

Mit Kommutator bedingt, dass mit dem Messgerät eine pulsierende Gleichspannung nachgewiesen wird. Es handelt sich um einen Gleichspannungsgenerator.

Starte nun das Applet und überprüfe damit die Antworten. Beobachte insbesondere den Einfluss der Drehrichtung (roter Schalter) und der Drehgeschwindigkeit (Schieberegel) auf die induzierte Spannung.

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