Der Generator

Funktionsweise eines einfachen Generators

Grundlagen: Bewegte Spule im Magnetfeld
Ein Generator besteht in der Regel aus einer Spule, die in einem Magnetfeld gedreht wird.
Es gilt das Induktionsgesetz:
U_ind = N $\dot{\left(A·B\right)}$= N $(\dot{A}B+A\dot{B})$

Außerdem gilt die Lenz'sche Regel.

Aufgabe 1) einfacher Generator Ein einfacher Generator besteht aus einer flachen Spule mit 100 Windungen und der Fläche 40cm2, die sich in einem Magnetfeld der Stärke 1,4T mit einer Frequenz von 50 Hz drehe.

a) Stellen Sie eine Funktion A(t) auf, mit der der zeitliche Verlauf der wirksamen Fläche dargestellt wird.
b) Reduzieren Sie begründet das oben angegebene Induktionsgesetz auf seine wirksamen Bestandteile.
c) Begründen Sie für die Abschnitte zwischen den angegebenen Punkten (AB, BC, CD und DA) ohne Rechnung, ob und wenn ja mit welchem Vorzeichen eine Spannung in dieser Position induziert wird. Was geschieht insbesondere in den Punkten A, B, C und D?
Hinweis: "Wackeln" Sie gedanklich ein wenig an der Spule und überlegen Sie sich, wie sich die wirksame Fläche dabei verändert.
d) Nutzen Sie die Funktion aus Aufgabe a) und stellen Sie die Funktion U(t) auf. Wie groß ist ihre Amplitude U₀? Von welchen Größen hängt sie ab?
e) Nenne Sie alle vier Möglichkeiten, wie man den Aufbau verändern kann, so dass eine Spannung von 230V entsteht. Berechnen sie die dazu nötigen veränderten Größen.
f) Wie verändert sich der Graph der Spannungsfunktion, wenn man die Umlauffrequenz vergrößert?
g) Welche Auswirkungen hat die Lenz'sche Regel in diesem Aufbau?
h**) Überlegen Sie, wie das durch die Spule gebildete Magnetfeld in den verschiedenen Abschnitten (AB. BC, CD und DA) gerichtet sein muss. Welche Folgerungen können Sie daraus über den Strom durch die Spule ziehen?

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