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Magnetische Induktion

Anwendung: Generator und Elektromotor

Das Prinzip des Generators haben wir bereits beim Versuch "Rotierende Leiterschleife im Magnetfeld" kennen gelernt. Durch die Induktion in der Leiterschleife kann an deren Enden ein sinusförmiger Strom entnommen werden. In Kraftwerken kommt die Drehung der Leiterschleife durch eine mit ihr verbundene Turbine oder ein Schaufelrad zu Stande. Das Schaufelrad wiederum wird durch eine Wasserströmung (Wasserkraftwerk) oder Luftströmung (Windkraftwerk) angetrieben. Bei Verbrennungskraftwerken und Atomkraftwerken wird die Turbine durch erhitzte, aufsteigende Luft angetrieben.

Abb.1

Ein einfacher Elektromotor

Der Elektromotor ist die Umkehrung des Generatorprinzips. Anstatt die mechanische Energie einer rotierenden Spule in elektrische Energie umzuwandeln, wird hier umgekehrt elektrische in mechanische Energie umgesetzt. Im einfachsten Fall befindet sich eine stromdurchflossene Spule (Rotor) im Feld eines Permanentmagneten (Stator). Wenn die Spule mit Gleichstrom betrieben wird, so muss die Stromrichtung pro halber Umdrehung einmal umgepolt werden, denn sonst würde sich die Spule im äußeren Magnetfeld ausrichten und in dieser Stellung verharren. Durch das Umpolen muss sich die Spule ständig wieder in die andere Richtung drehen, um sich im Magnetfeld auszurichten. Durch die Trägheit der Spule kommt es so zu einer Rotationsbewegung, nicht etwa zu einer Pendelbewegung. Das Umpolen erledigen so genannte Kommutatoren, die an der Kontaktstelle zwischen der rotierenden Spule und der Stromzuführung am Stator angebracht sind.

Wenn die Spule beim Einschalten des Stromes mit ihrer Achse bereits in Magnetfeldrichtung ausgerichtet ist, so fängt sie nicht an, sich zu drehen - man muss der Spule erst einen Schubs geben, damit sie in Rotation kommt. Um dies zu vermeiden, sind gängige Elektromotoren mit komplizierteren, mehrzähligen Ankern gebaut. Der Anker ist ein Eisenkern, mit dem das Magnetfeld der Rotorspule verstärkt wird. Ein mehrzähliger Anker hat die Eigenschaft, keinen Gleichgewichtszustand im äußeren Magnetfeld zu besitzen und muss deshalb nicht angestoßen werden.

Darüber hinaus gibt es Motoren, deren Stator ebenfalls ein Elektromagnet - statt des Permanentmagneten - ist. Umgekeht gibt es Motoren, deren Stator ein Elektromagnet und deren Rotor ein Permanentmagnet ist (Asynchronmotor).

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