Big Bang HTL 3, Schulbuch

56 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Das ist natürlich nicht sehr praktikabel. Man ist aber auf die geniale Idee gekommen, eine Leiterschleife rotieren zu lassen, denn auch dabei ändert sich der magnetische Fluss. Abb. 6.5 zeigt das Prinzip eines solchen Generators, mit dem man auf elegante Weise Wechselstrom erzeugen kann. Je- der konventionelle Generator arbeitet nach diesem Prinzip. Info: Wechselstrom -> S. 55 Abb. 6.5: Modell eines einfachen Generators: Die rotierende Schleife erzeugt Induktionsspannung und Induktionsstrom, die über zwei Schleifringe abgenommen werden. In der Praxis verwendet man allerdings nicht eine rotieren- de Leiterschleife, sondern eine Spule. In jeder einzelnen Wicklung entsteht ja dieselbe Induktionsspannung. Wenn du also eine Spule mit 1000 Wicklungen verwendest, wird auch die Spannung vertausendfacht. Nach diesem Prinzip funktionieren der Dynamo eines Fahrrades oder die Licht- maschine eines Autos. Info: Lichtmaschine und Dynamo Abb. 6.6: Modell eines dynamo-elektrischen Großgenerators : Im Gegensatz zu Abb. 6.5 rotiert hier der Magnet. Er wird mit dem Strom versorgt, den der Generator selbst erzeugt. Dazu muss der Wechselstrom allerdings vorher gleichgerichtet, also in Gleich- strom umgewandelt werden. Es gibt aber noch einen zweiten Trick. Statt Permanent- magneten, die nur ein relativ schwaches Magnetfeld erzeu- gen, verwendet man bei Hochleistungsgeneratoren Elektro- magnete (Abb. 6.6). Der Clou an der Sache: Diese kann man mit dem Strom speisen, den der Generator selbst erzeugt. Das nennt man das dynamo-elektrische Prinzip, und diese Erfindung wird W ERNER V ON S IEMENS zugeschrieben. Erst damit war der Einsatz von leistungsfähigen und wirtschaftlichen Großgeneratoren möglich, mit denen man ganze Städte mit Strom versorgen kann. So befinden sich etwa in den Lauf- kraftwerken der Donau Generatoren, die Leistungen von vielen Millionen Watt aufbringen können. Info: 2000 Badewannen pro Sekunde -> S. 57 In manchen Fallen benötigt man aber Gleichstrom, etwa um den Elektromagneten eines Generators zu versorgen (Abb. 6.6) oder um eine Autobatterie aufzuladen. Wie schafft man es aber, von Wechselstrom auf Gleichstrom zu kom- men? Zum Beispiel mit Halbleiter-Dioden. Diese lassen den Strom nur in eine Richtung durch. Mit Hilfe einer speziellen Schaltung kann man aus Wechselstrom einen „pulsieren- den“ Gleichstrom erzeugen (Abb. 6.8). Wenn man mehrere solcher Ströme über lagert, kann man eine noch bessere Glättung erreichen. Abb. 6.8: Mit einer solchen Schaltung aus 4 Dioden kann man einen „pulsierenden“ Gleichstrom erzeugen. Die Pfeile der Schaltsymbo- le zeigen die technische Stromrichtung an. Lichtmaschine und Dynamo Der Dynamo eines Fahrrades ist ein kleiner Generator (Abb. 6.7). Größenordnungsmäßig hat er 3 Watt Leistung bei 6 Volt Spannung. Diese 3 Watt gehen natürlich für die Fort- bewegung verloren – das Fahren wird ein klein wenig an- strengender. Der Ausdruck Dynamo ist physikalisch gesehen falsch, weil der Fahrrad-Generator nicht nach dem dyna- mo-elektrischen Prinzip arbeitet (siehe Abb. 6.6). Auch die Lichtmaschine eines Autos ist ein Generator. Sie wird vom Motor betrieben und liefert Strom zum Aufladen der Autobatterie ( F3 ). Bei niedrigen Drehzahlen und hohem Stromverbrauch (z. B. bei Betrieb von Licht und Heckscheibenheizung) kann es sein, dass die Leistung der Lichtmaschine nicht ausreicht. Die Differenz wird dann der Batterie entnommen. Die Lichtmaschine erzeugt Wechsel- strom. Zum Aufladen der Batterie braucht man aber Gleich- strom. Der Wechselstrom muss daher gleichgerichtet wer- den (siehe Abb. 6.8). i Abb. 6.7: Beim Dynamo rotiert ein Permanentmagnet über einer Spule. Der Kern der Spule besteht aus einem Stahlblech. Er ist an den Enden umgebogen und verläuft an der Außenseite des Magneten. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv