Physik verstehen 4, Schulbuch

53 Elektrizität bestimmt unser Leben 2. Wie ist ein Generator aufgebaut? Ein Wechselstrom-Generator (Abb. 53.1)  E1 Schließe eine Spule (zB 1 200Windungen) mit Eisenkern an ein Zeiger-Amperemeter (zB 3mA =, Mittelstellung). Die Pole eines drehbaren Magneten sollen sich knapp am Eisenkern im Kreis vorbeibewegen. Beobachte den Ausschlag am Amperemeter. Wenn sich ein Magnetpol an dem Eisenkern der Spule vorbeidreht, schlägt der Zeiger des Amperemeters nach einer Richtung aus. Dreht sich der andere Magnetpol vorbei, schlägt der Zeiger in die andere Richtung aus. Die Elektronen des Drahtes in der Spule wechseln ständig die Richtung, sie schwingen hin und her – Wechselstrom . Der Haushaltsstrom hat eine Schwingungsfrequenz von 50 Hertz (Hz). Das bedeutet, dass die Elektronen in der Leitung 50-mal in der Sekunde hin und her schwingen (Abb. 53.2). 3. Wie funktioniert ein Generator? Bring den Dynamo in Bewegung! (Abb. 53.3)  E1, E2 Schließe ein LED-Lämpchen (zB 12V, Schraubsockel E10) an einen Fahrrad- Generator („Dynamo“) an. Drehe das Reibrad zuerst langsam mit den Fingern und dann sehr rasch. Was kannst du beobachten? Drehst du das Reibrad des Fahrrad-Generators (Abb. 53.4), dreht sich im Inneren ein Permanentmagnet und erzeugt in den Induktionsspulen eine Wechselspan- nung . Das LED-Lämpchen leuchtet je nach Drehzahl langsamer oder schneller auf. Der Zeiger eines Voltmeters (in Mittelstellung) pendelt ebenfalls hin und her. So erkennen wir den erzeugten Wechselstrom mit geringer Frequenz. In zB Wärme- oder Wasserkraftwerken haben Wechselstrom-Generatoren statt der Permanentmagnete Elektromagnete am Läufer (Abb. 53.5). Diese verwenden Gleichstrom, der von einem anderen Generator erzeugt wird. Bei Gleichstrom-Generatoren befinden sich die Induktionsspulen im Läufer, der elektrische Strom wird über einen Kommutator abgenommen. V3 53.1 Ein Wechselstrom-Generator Ein Generator wandelt eine Drehbewegung in elektrische Energie um. Dabei dreht sich zB ein Permanent- oder Elektromagnet zwischen Induktionsspulen oder umgekehrt. Der sich drehende Teil im Generator wird „Läufer“ oder „Rotor“ genannt. M Frequen" ( f ) = 50Hert" (H") 1 Schwingung (= 1 Periode) dauert 1/50s N S N S N S N S N S U t von U und I von U und I Zunahme Abnahme Abnahme Zunahme 53.2 Schaubild des 230-V-Wechselstroms V4 53.3 Bring den Dynamo in Bewegung! 53.4 Aufbau eines Fahrrad-Generators („Dynamo“) Reibrad Welle Magnet (Läufer) Spule mit Eisenkern Kabel Ständer Schleif- ringe Läufer Induktions- spule 6−20kV 53.5 Schema eines Kraftwerk-Generators mit Elektromagneten am Läufer An den Induktionsspulen des Generators bewegen sich abwechselnd ein Nord- und ein Südpol des Läufers vorbei. Dadurch ändern sich in jeder Spule dauernd Stärke und Richtung des Magnetfeldes. Das ergibt eine ständige Hin- und Herbewegung der Elektronen im Spulendraht ( Wechselstrom ). M 53.6 Generatoren in Windkraftwerken haben besonders starke Magnete. Infobox: Drehst du den Rotor eines Elektromotors, so wird in den Spulen Strom induziert. Probier das einmal aus! Schließe zB eine LED oder ein Messgerät an einen kleinen Elektromotor. Arbeitsblätter gh8jw4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv