Elektromotor und Generator 4 41 Die physikalische Arbeitsweise im Versuch V6 nennt man Variablenkontrollstrategie: Wenn man herausfinden will, welcher veränderbare Faktor das Ergebnis eines Versuchs wie beeinflusst, ändert man immer nur einen Faktor und lässt die anderen gleich. Wie funktioniert ein Generator? Eine Spannungsquelle, die durch elektromagnetische Induktion eine Elektronenströmung bewirkt, wird Generator genannt (B1). Der Aufbau eines Generators ist dem eines Elektromotors ähnlich. Beim Generator ist der Dauermagnet beweglich, wird aber mechanisch angetrieben. Die Spule steht still. Beim Versuch V7 kommt an der Spule abwechselnd ein Nord- und ein Südpol des Dauermagneten vorbei. Es ändert sich somit immer wieder die Stärke und Richtung des Magnetfeldes. Gleichzeitig schlägt dabei der Zeiger des Amperemeters einmal in die eine und dann in die andere Richtung aus. Das bedeutet, dass die Elektronenströmung immer wieder die Richtung ändert. In der Spule wird eine Wechselspannung induziert, die einen Wechselstrom verursacht (B2). Welche Bedeutung haben Generatoren für unser Leben? Wie erleichtern sie unseren Alltag? Recherchiert und besprecht eure Ergebnisse in der Gruppe. Die induzierte Spannung kann durch ein stärkeres Magnetfeld, eine Spule mit mehr Windungen und eine schnellere Bewegung des Magneten erhöht werden. Wie wirken sich unterschiedliche Bewegungen des Magneten auf die Elektronenströmung in einer Spule aus? Schließe die Spule mit Eisenkern an ein Amperemeter an. Der drehbare Magnet muss sich knapp am Eisenkern vorbeibewegen. Welchen Einfluss hat die Drehrichtung und die Schnelligkeit der Drehung auf die Elektronenströmung? Überprüfe deine Vermutung. V7 Elektronenströmung durch Bewegung Materialien 2 Kabel Amperemeter (Messbereich mA) Spule (ca. 1000 Windungen) Eisenkern Magnet mit drehbarer Halterung Der Generator ist ein Energiewandler. Er wandelt mechanische Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie um. +U –U B5 Die Wechselspannung entsteht durch die Änderung des Magnetfelds. ï Dauermagnet Spule Spule B1 In einem Generator ist der Dauermagnet beweglich. Das Windrad als Generator Bei einem Windrad befindet sich der Generator ca. 150 m über dem Erdboden in einer „Gondel“. Die Rotorblätter sind 50 m bis 85 m lang und wiegen ca. 15 t. Sie werden durch den Wind angetrieben. Ihre Drehung wird auf den Magneten im Generator übertragen. Dieser dreht sich an den Spulen des Generators vorbei und bewirkt so eine Elektronenströmung. Ein Windrad kann etwa 2 000 Haushalte mit elektrischem Strom versorgen. Rotorblätter Generator Gondel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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