Sexl Physik 7, Schulbuch

79 | 79.1 Bei der Drehung der Schleife im Magnetfeld entsteht durch Induktion eine Wechselspannung, ihre Stärke und Polarität ändern sich periodisch. N S + - V 79.2 Beim Gleichspannungsgenerator wird die in der Spule induzierte Spannung durch den geteilten Schleifring (Kommutator oder Polwender) immer wieder umgepolt, es entsteht eine Gleichspannung mit pulsierender Stärke. N S 79.3 Die Schaltung des Hauptschlussmotors V V V V V Spannung U Zeit t F F F F I I I I von Leiterschleife umfasster magnetischer Fluss α = 0 α π = α π = 2 α = α = 2 π 3 2 π F Wird die rotierende Spule über Schleifringe und Anschlussleitungen mit einem Ver- braucher verbunden und dadurch ein Stromkreis geschlossen ( 79.2 ), dann fließt wegen der induzierten Spannung ein Wechselstrom . Die Stromstärke I ( t ) hängt dabei vom Gesamtwiderstand R im Stromkreis (Verbraucher und Generator) ab: I ( t ) = ·sin ω t . Auf die achsenparallelen Stücke der Schleife wirkt jeweils die Lorentzkraft F ( t ) = I ( t )· s · B und hemmt die Bewegung der Schleife (Lenz’sche Regel!): Wenn Strom fließt, ist daher zur Drehung der Spule im Magnetfeld mechanische Arbeit erforderlich. Sie wird vom Generator in elektrische Energie umgewandelt, die über die Anschluss- leitungen Verbrauchern zur Umwandlung in mechanische oder thermische Energie zur Verfügung gestellt wird. (s. Physik 5, S. 115) Gleichspannungsgenerator und Gleichstrommotor Eine leichte Veränderung der Bauart macht aus dem Wechselspannungsgenerator einen Gleichspannungsgenerator. ( 79.2 ) Bringen wir statt der beiden Schleifrin- ge zwei voneinander isolierte Halbzylinder an, so vertauscht dieser Kommutator die Spulenanschlüsse immer dann, wenn die Wechselspannung ihre Richtung än- dert. Der Generator liefert eine pulsierende Gleichspannung . Der Gleichspannungsgenerator kann auch als Motor verwendet werden. Eine am Kommutator angelegte Spannung lässt Strom durch die drehbare Spule fließen. Die Lorentzkraft erzeugt ein Drehmoment. Da der Kommutator Spannung und Stromrichtung nach jeder halben Drehung umpolt, wirkt das Drehmoment immer in gleicher Richtung. Der Motor läuft von selbst an. Die Laufrichtung wird durch Vertauschen der Polarität (Umpolen) umgekehrt. Dynamo-elektrisches Prinzip Generatoren und Motoren, bei denen übliche Permanentmagnete nur ein schwa- ches magnetisches Feld erzeugen, liefern nur geringe Leistungen. Erst mit der Ent- deckung des dynamo-elektrischen Prinzips durch w erner von S ieMenS (1816–1892) im Jahre 1867 wurde der Bau großer Generatoren und Motoren möglich. Das Ma- gnetfeld dieser Maschinen wird durch einen Elektromagneten erzeugt, wobei der Generator selbst den notwendigen Strom liefert. Siemens erkannte, dass im Eisen- kern des Elektromagneten stets ein genügend großes magnetisches Feld bleibt, um den Generator nach einem Stillstand wieder anzuregen. Der Hauptschlussmotor ist nach dem dynamo-elektrischen Prinzip aufgebaut. ( 79.3 ) Der Strom fließt zunächst durch die Spule eines Elektromagneten und wird dann über den Kommutator der drehbaren Spule dem Rotor zugeführt. Bei Be- trieb mit Gleichstrom behält das Magnetfeld stets seine Richtung bei, und der Mo- tor arbeitet wie der früher besprochene Gleichstrommotor. Dreht man die Strom- richtung um, so ändert sich die Laufrichtung des Motors nicht, da sich sowohl das Magnetfeld als auch die Stromrichtung im Rotor umkehren. Um den Drehsinn des Motors zu ändern, muss man die Anschlüsse am Kommutator vertauschen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv