Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

74 Versorgung mit elektrischer Energie 16 Durch Vergrößerung der Anzahl der Schleifen (Win- dungszahl der Spule) kann man die Spannung, die mit dem Generator erzeugt werden kann, entsprechend vergrößern. Schließt man an die Enden der Spule mit Hilfe von Schleifringen einen Verbraucher an, so kann Strom fließen. Die Stärke des Stroms richtet sich nach der Größe der induzierten Spannung und nach der Größe des Wi- derstands von Verbraucher und Induktionsspule im Generator. Wenn durch einen Generator bei einer Spannung u ein Strom der Stärke i fließt, dann erbringt der Ge- nerator die Gesamtleistung u · i . Woher kommt die- se Leistung? Da sich die Induktionsspule in einem Magnetfeld dreht, wirkt auf die stromdurchflossene Induktionsspule eine bremsende Lorentzkraft. Zur Aufrechterhaltung der Drehung der Spule muss ent- gegen der Lorentzkraft dauernd mechanische Arbeit verrichtet werden. Bei einem idealen Generator geht diese mechanische Arbeit vollständig in elektrische Energie über. Reale Generatoren erreichen Wirkungs- grade von etwa 95%. Gleichstromgenerator und Gleichstrommotor (D.C. generator and motor) Bei der Drehung der Leiterschleife oder der Spule im Magnetfeld ändert sich die Stromrichtung nach jeder halben Umdrehung (Wechselstrom). Um Gleichstrom mit einem Generator zu erzeugen, muss man die Än- derung der Stromrichtung nach jeder halben Umdre- hung unterbinden. Dies gelingt mit einem sogenann- ten Stromwender (Kommutator, Kollektor). 16.1.2 Einwesentlicher Unterschied zwischenWechselstrom- und Gleichstromgeneratoren besteht in der Art des Spannungsabgriffs. Beim Gleichstromgenerator wird ein Stromwender (Kommutator, Kollektor) eingesetzt. Der Kommutator besteht im einfachsten Fall aus zwei leitenden Halbzylindern, zwischen denen sich zwei isolierende Spalte befinden. Jeder Halbzylinder ist mit je einem Ende der Spule verbunden. Die isolierenden Spalte laufen gerade in dem Moment an den Bürsten vorbei, wenn es zu einer Umpolung der Stromrich- tung in der Leiterschleife kommt. Diese Anordnung bewirkt, dass die eine Bürste zum Pluspol des Genera- tors, die andere Bürste zum Minuspol wird. Mit einem derartigen Gleichstromgenerator kann man einen Strom erzeugen, der zwar seinen Betrag ändert, aber immer in die selbe Richtung fließt. Mit Gleichstromgeneratoren erzeugt man einen soge- nannten pulsierenden Gleichstrom. A1 Versuch: Gleichstrommotoren haben im Wesent­ lichen den gleichen Aufbau wie Gleichstromgenera- toren. An einen Gleichstrommotor wird Spannung angelegt. Untersuche, wie sich der Gleichstrommotor unterschiedlichen Belastungen anpasst! S N 0 B  Abb. 74.1 Gleichstromgenerator Abb. 74.2 Wechselstrom und pulsierender Gleichstrom Spannung u Spannung u 0 0 U m U m maximale Spannung maximale Spannung Wechselspannung pulsierende Gleichspannung Drehwinkel · t ω π 2 π Drehwinkel · t ω π 2 π Abb. 74.3 Gleichstrommotor Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv