Erzeugung von Wechselspannung
Anwendungsbereiche
Im Gegensatz zur Wechselspannung wird eine Gleichspannung auf den ersten Blick sehr einfach erzeugt: Dafür reichen bereits zwei unterschiedlich geladene Bereiche. Durch die unterschiedlichen Ladungen entstehen unterschiedliche Potentialwerte, je nachdem, wo man sich befindet. Durch die Potentialdifferenz von zwei Punkten entsteht dann bereits eine Gleichspannung.
Allerdings lässt sich dieser Sachverhalt gar nicht so einfach realisieren: Wie sorgt man dafür, dass die Ladungen bleiben, wo sie sein sollen? Wie groß müssen die Ladungen werden, um sinnvolle Spannungswerte für unsere technischen Geräte zu erzeugen?
Oft ist es daher leichter, eine Wechselspannung zu erzeugen.
Versuch
Im Versuchsaufbau sehen Sie zwei Spulen, die nebeneinander in Reihe geschaltet sind. Dadurch simulieren wir eine einzelne, längere Spule! In der Mitte dieser längeren Spule befindet sich ein Magnet, welchen wir drehen können.
Drehen Sie den Magneten möglichst gleichmäßig und erklären, warum an der Spule eine Spannung gemessen werden kann. Nach welchem Funktionstyp sieht der Spannungsverlauf aus?
Vollziehen Sie nun folgende Herleitung zur Wechselspannung nach:
Für die Induzierte Spannung in der Spule gilt
dabei steht Aeff für die effektive Fläche. Es gilt: , wobei dem Drehwinkel des Magneten entspricht. Dieser ändert sich mit der Winkelgeschwindigkeit , so dass also gilt:
Da der Änderungsrate der effektiven Fläche entspricht, suchen wir also quasi die Ableitung der Funktion . Nach der Kettenregel ist diese .
Daher gilt also:
Daher erwartet man einen sinusförmigen Verlauf!
Verständnisfrage
Sagen Sie mit Hilfe der neuen Formel Vorraus, was passiert, wenn Sie den Magneten schneller drehen! Überprüfen Sie ihre Vorhersage mit der Musterlösung und im Versuch!
Fertig?
Sind Sie mit allem Fertig? Alles verstanden? Dann haken Sie diesen Bereich auf ihrem Laufzettel ab und machen Sie bei den anderen Anwendungen weiter. Haben Sie alle Anwendungen durch? Dann machen Sie sich an die Aufgabe für Schnelle.
(Auf Seite 111 im Buch finden weitere Informationen zur Erzeugung Sinusförmiger Wechselspannungen)