Big Bang HTL 3, Schulbuch

58 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Die Leistung von Elektromotoren kann extrem unter- schiedlich sein, vom Motor einer Spielzeug-Lok mit einigen wenigen Watt bis zu dem einer Taurus-Lok mit sagenhaften 6,4 Millionen Watt ( F5 ). Ihre Leistung entspricht der von etwa 10 F1-Boliden oder 170 Smarts. Im Straßenverkehr werden Elektromotoren in Zukunft hoffentlich eine größere Rolle spielen, etwa bei den umweltschonenden Hybrid- oder Elektroautos. Info: Hybridauto Zusammenfassung Ein Generator wandelt mechanische in elektrische Energie um, indem eine Spule im Magnetfeld rotiert oder ein Magnet in der Nähe von Spulen. Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische um, indem durch eine Spule im Magnetfeld Strom geschickt wird. Wenn man Elek- tromagnete verwendet, spricht man vom dynamo-elektri- schen Prinzip. Hybridauto Hybrid bedeutet gemischt. Ein Hybridauto wird nämlich von einem Benzin- und einem Elektromotor betrieben (Abb. 6.13). Beim Anfahren und im tiefen Drehzahlbereich arbeitet hauptsachlich der Elektromotor, weil sein Drehmo- ment nicht von der Drehzahl abhängt. Bei hohen Drehzah- len läuft der Benzinmotor, weil er dann wenig Sprit braucht. Beim starken Beschleunigen arbeiten beide zusammen. Beim Bremsen und Bergabfahren wirkt der Elektromotor wie ein Generator und lädt die Batterien auf. Das nennt man regeneratives Bremsen. Durch all diese Maßnahmen kann man den Benzinverbrauch sehr stark reduzieren. i Abb. 6.13: Schematischer Aufbau eines Hybridautos Z 6.2 Zitternde Elektronen Die Leistung des Wechselstroms Die Leistung des Gleichstroms lässt sich einfach berechnen. Beim Wechselstrom ist es komplizierter, vor allem dann, wenn sich auch Spulen und Kondensatoren im Stromkreis befinden. Wie viele Elektronen fließen jährlich durch Österreichs Haushalte ( F8 )? Gar keine, weil es sich um Wechselstrom handelt. Er hat eine Frequenz von 50Hz, das macht also 50 Perioden pro Sekunde (siehe Typenschild Abb. 6.15 und Abb. 6.16). Die Elektronen ändern somit 100-mal pro Sekunde die Richtung. Wechselstrom fließt nicht, er zittert, und er hat einige Überraschungen parat. Fangen wir mit dem einfachsten Fall an, nämlich dem, dass sich im Wechselstromkreis ein Ohm’scher Widerstand (siehe Kap. 17.4, NAWI 1) befindet, also zum Beispiel eine Glühlam- pe. Nach dem Ohm’schen Gesetz sind Spannung und Strom- stärke proportional ( U = I · R und daher U ~ I ). Der Verlauf sieht dann also so aus wie in Abb. 6.16. Was versteht man unter Kapazität und Induktivität? Lies nach in Kap. 4.6 (S. 41) und 5.6 (S. 53). Was versteht man unter dem Ohm’schen Widerstand? Wie berechnet man die Leistung des Gleichstroms? Lies nach in Kap. 17.4 und 17.6, NAWI 1! Wenn du die maximale Spannung in der Steckdose messen könntest, würdest du feststellen, dass diese a) 230 V oder b) 325V beträgt! Begründe! Was denkst du, wie viele Elektronen jährlich ungefähr durch Österreichs Haushalte fließen: a) 10 20 , b) 10 30 , c) 10 40 , d) noch viel viel mehr, e) gar keine. Manche Plattenspieler haben am Rand senkrechte Striche (Abb. 6.14), mit deren Hilfe man die exakte Drehzahl einstellen kann. Wie funktioniert das genau? Abb. 6.15 zeigt das Typenschild eines Elektromotors. Was bedeuten die grün markierten Anzeigen? F6 A1 F7 A2 F8 A2 F9 A2 Abb. 6.14: Am Rand des Plattentellers befinden sich zwei Reihen von Strichen, um die Drehzahl richtig einzustellen. F10 A2 Abb. 6.15: Das Typenschild eines Elektro- motors Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv