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Elektrische Energieversorgung Die ersten Mit den Entdeckung der "Leidener Elektrizitätsquellen, Flaschen" der "Elektrisiermaschinen" wurde Induktion die wurden Speicherfähigkeit Generatoren genannt, von entwickelt, Kondensatoren wurden zuerstim fürentdeckt. 18.Jahrhundert Damit Gleichstrom, konntespäter für erfunden; sehr auch kurze für sie funktionierten Zeit Wechselstrom. eine großenach Jetzt Ladungsmenge dem erst Prinzip die fließen. begann der Anfangs umfassende Reibungsdes elektrizität. 19.Jahrhunderts Nutzung vonEsElektrizität. folgten wurden mit Influenzmaschinen, den Volta'schen Säulen die die Hochspannungsversuche ersten Batterien eingeführtbeiund sehr so begann niedrigen die Erforschung die der Hochspannungsversuche Gesetze des Gleichstroms.bei sehr niedrigen Stromstärken ermöglichen. Sinusförmige Wechselspannung Mit einer Bei einemDreiecksglimmAnordnung Wechselstrom von zwei paralleldie leuchten lampe, geschalteten beide mit dem Dioden 50-HzLeuchtdioden wird erläutert, abwechselnd Haushaltsstrom undbetrieben zeigen wasdie wird, man sich unter Frequenz wird i dasfWechselstrom abwechselnde mit der Einheit 1 vorstellen Hertz Aufleuchten an. Bei soll. der f= Eine beiden 3 Hz Leuchtz.B. diode istjede leuchtet Elektroden einmit Halbleiterbauteil, Diode einem in jeder das Stromfluss Sekunde Drehspiegel dreimal. gezeigt. nurAb in eine Richtung erlaubt. Frequenzen von etwa Bei 25 Betrieb Hz, mit einer kann unser Batterie Gehirnleuchtet die nur eine der beiden, Einzelbilder vonumgekehrt je einer gepolten Dioden. leuchtenden DiodeDamit nicht wird mehr geprüft, wo auflösen, und deresPlusscheinen und der dann Minuspol beide gleichzeitig der Batterie zu leuchten. ist. Nach dem Umpolen leuchtet die andere Diode. Sinusförmige Wechselspannung Soweit zur Vorstellung von sich Diese Bei konstanter Kurvenform Kreisfrequenz lässt Wechselspannung und Wechsel(Omega) auch theoretisch ergibt sich herleiten, eine strom, aber wie funktioniert ein sinusförmige indem man das Wechselspannungsgenerator? Ein Wechselspannung.auf die Induktionsgesetz Modellversuch zeigt das wirksame verblüffendFläche einfacheder Prinzip: Ein rotierenden Induktionsspule rotierender Dauermagnet induziert anwendet. in einer Spule abwechselnd positive und negative Spannungsspitzen. Um eine Situation zu schaffen, bei der die Formel für Induktion anwendbar ist, wird eine rechteckige Induktionsspule im homogenen Magnet-feld eines Helmholtzspulenpaars gedreht. Generator Der Generator ist sicher einer der wichtigsten technischen Anwendungen in unserer Welt. Die Erzeugung von Strom (Spannung) beruht auf dem Induktionsgesetz. Durch die Drehung der Leiterschlaufe kommt es zu einer Flächenänderung und somit zu einer Änderung des magnetischen Flusses. Für diesen gilt bei Drehung mit konstanter Geschwindigkeit bzw. Frequenz 2 f B A B A cos wobei t der Drehwinkel ist. Die induzierte Spannung ist dann U ind d B A0 sin t dt Um die Fläche zu vergrößern, werden mehrere Leiterschleifen übereinander gelegt. Die Fläche A muß dann noch mit der Anzahl der Windungen n multipliziert werden. Wechselstromgenerator Werner Ein Wechselstromgenerator Modellgenerator von Siemens mit entdeckte einem kann das "elektrodynamische sehr Eisenkern leicht zu und einem mit bogenförmigen Gleichstromgenerator Prinzip", das viel Polschuhen leistungs- für die Dauermagneten umgebaut stärkere Generatoren werden. Dazu wird wird näher untersucht. wie ermöglichte. beim Gleichstrommotor Die Eine erzielten Verwendung Spannungswerte ein von Kommutator Elektromagneten verwendet, sind ganz hielt beachtlich, der man hier für die unmöglich, aber Polung der der Kurvenweil dann verlauf Spannung beim Hochfahren ist nach keinejesaubere des einer Sinusform. kein Halbdrehung Generators Deshalb ändert. Magnetfeld werden Aus dem in KraftwerkenSiemens ursprünglichen bereitsteht. aufwändigere Sinusverlauf fand Anordnungen werden heraus, dass die negativen der mitRestvielen versetzen Wicklungen Halbwellen magnetismus nach des oben Eisenkerns und Polschuhen geklappt für den Start undverwendet. genügt. es entsteht ein "pulsierender" Gleichstrom. Effektivwerte für Strom und Spannung Die unsere Bei Für Multimetern Messgeräte Haushaltszeigen gibt esfür für Amperemessungen elektrizität Wechselstrom/spannung im europäischen jeweils getrennteist Verbund Effektivwerte Bereiche diean, Frequenz die fürden Gleichauf undHz 50 Werten Wechselstrom, festgelegt. bei Die analog ist es bei Spannungen. Die Spannungsamplitude Gleichstrom/spannung beträgt gleicher internationalen 320 Leistung V undentsprechen. damit Abkürzungen ergibt sich hierfür für Mathematische den sind Effektivwert DC Überlegungen für "direkt eine current" Spannung für die Umrechnung und von AC 230 fürV.zwischen "alternating den Effektiv-current" und denoder ein Gleichzeichen und eine Amplitudenwerten liefern Welle. den Faktor 0,71 1/ 2 Effektivwerte für Strom und Spannung Der Effektivwert der Wechselspannung hat die gleich große Wärmewirkung wie die gleich große Gleichspannung. Bei der Spannung U U max sin t fließt ein Strom der Stärke Für die elektrische Leistung gilt: P U max I max sin t U max I max 2 I I max sin t 1 cos2 t 2 U max I max U max I max P cos2 t 2 2 Die Leistung schwankt also im Verbraucher ständig mit der doppelten Frequenz Um den Mittelwert Pmax U max I max P U eff I eff 2 2 2 2 Drehstromtechnik Drehstrommotoren Ein Die Modellversuch Wechselströme sind zeigt, und analog wie ein Drei-Phasen-DrehstromWechselspannungen mit drei Feldspulen und in den einer Generator drei gemeinsamen Phasenleitungen aufgebaut Ankerspule ist. sindUm einen drehbaren gegeneinander aufgebaut. So können um Magnetanker, 120° bzw. T hier /3 Drehstrommotoren versetzt. ein Stabmagnet,mit sind mit 120°-Zwischenwinkeln Drehstrom ein kontinuierlich drei Induktionsspulen hohes Drehmoment aufgestellt. Bei einer vollen Umdrehung aufbringen. des Magneten blitzen die drei angeschlossenen Lämpchen zeitlich versetzt auf, nach je einer Drittel Periodendauer. Fragen zur Wechselspannung 1. 2. 3. Ein Wechselstrom mit der Amplitude 3,5A hat eine Frequenz von 60Hz. a) Wie groß ist die Periodendauer? b) Wie groß ist die Stromstärke 41,7ms nach dem Durchgang durch den Wert Null? Eine sinusförmige Wechselspannung mit dem Scheitelwert 325V wird an einen Widerstand von 52,9 angeschlossen. Wie groß ist die im Widerstand umgesetzte (mittlere) Leistung? Durch eine 21 W-Glühlampe fließt ein sinusförmiger Wechselstrom mit dem Scheitelwert 2,5A. Berechnen Sie die Effektivspannung an der Lampe.
