Drehung erzeugt Spannung
Eine Spule, die sich im Magnetfeld dreht, liefert eine Wechselspannung.
- DrehungDie Zahl der Feldlinien durch die Spulenfläche ändert sich ständig.
- InduktionDiese Änderung induziert eine Spannung.
- VorzeichenWeil sich die Spule weiterdreht, wechselt es regelmäßig.
- ErgebnisEine sinusförmige Wechselspannung.
Wann ist die Spannung null, wann am größten?
Zwei Stellungen der Spule, zwei Extremfälle.
- Fläche senkrecht zum FeldDie meisten Feldlinien, aber die langsamste Änderung — Spannung null.
- Fläche parallel zum FeldKein Fluss, aber die schnellste Änderung — Scheitelwert.
- DazwischenEine Vierteldrehung liegt zwischen beiden Fällen.
Wovon der Scheitelwert abhängt:
Û ~ n · B · A · f
n: Windungszahl der Spule.
B: Magnetische Flussdichte des Feldes.
A: Fläche der Spule.
f: Drehfrequenz in Hz (Umdrehungen pro Sekunde).
Induktion: Eine Spule, die sich im Magnetfeld dreht, ändert ständig die Zahl der Feldlinien durch ihre Fläche. Das induziert eine sinusförmige Wechselspannung.
Extremfälle: Steht die Fläche senkrecht zum Feld, ist die Spannung null. Steht sie parallel zum Feld, ist die Flussänderung am schnellsten und die Spannung erreicht den Scheitelwert.
Energie: Der Generator wandelt mechanische in elektrische Energie um. Fließt Strom, bremst sein Magnetfeld die Drehung (Lenz-Regel).
Der Generator wandelt mechanische in elektrische Energie.
- FahrraddynamoDas Rad liefert die Bewegung.
- KraftwerkDie Turbine liefert die Bewegung.
- Lenz-RegelFließt Strom, bremst dessen Magnetfeld die Drehung — der Generator geht schwerer.
Der Fluss ändert sich gleichmäßig um \(\Delta\Phi=10\,\mathrm{mWb}\). Die induzierte Spannung ist die Steigung der Φ-t-Geraden, mal der Windungszahl — bei kürzerer Dauer Δt oder mehr Windungen steigt die Spannung.
Allgemeine Hinweise
Drei Punkte, an denen beim Generator falsch gedacht wird.
Änderung des Magnetfelds
Nicht das Magnetfeld erzeugt die Spannung, sondern seine Änderung.
Umdrehungen pro Sekunde
Die Drehfrequenz f zählt Umdrehungen pro Sekunde, nicht pro Minute.
Änderungen multiplizieren sich
Verdoppelt sich n, B, A oder f, verdoppelt sich Û — mehrere Änderungen multiplizieren sich.