Der Wechselstromgenerator (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Der Wechselstromgenerator (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Elektromotor und Generator Experiment: Der Wechselstromgenerator Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusätzliche Informationen Die Schüler kennen bereits einen einfachen Wechselstromgenerator, den Fahrraddynamo, dessen Funktionsprinzip mit diesem Versuch erarbeitet werden soll. In der Technik werden hohe Wechselspannungen vor allem mit Innenpolmaschinen erzeugt. Das sind Generatoren mit fest stehenden Induktionsspulen und rotierenden (Elektro-)Magneten. Bei dem sehr einfachen Modell, das die Schüler aufbauen und untersuchen sollen, handelt es sich um eine Innenpolmaschine. Hinweise zum Aufbau und zur Durchführung Es muss darauf geachtet werden, dass die Schaltung der Spulen auch so erfolgt, dass sie die entstehenden Wechselspannungen nicht gegenseitig aufheben. Das Galvanometer-Modell eignet sich nicht zum Nachweis bzw. zum Erkennen der Wechselspannung, da der Zeiger dieses Gerätes zu schwach gedämpfte Eigenschwingungen ausführt. Falls man Zeit einsparen will, dann sollte die Verschiebung der Zeiger der Messinstrumente aus der Nulllage bereits in Vorbereitung des Unterrichts vorgenommen werden. Anmerkungen Wechselstromgeneratoren mit Dauermagneten werden in der Technik nur dann eingesetzt, wenn man mit relativ geringen Leistungen auskommen kann, wie z.b. beim Fahrraddynamo. Bei Wechselstromgeneratoren mit hoher Leistung werden die Magnetfelder durch Elektromagnete erzeugt, denen über Schleifkontakte und Schleifringe der Erregerstrom zugeführt wird. Die unter "Ergebnis - Beobachtungen 4" notierten Beobachtungen und deren Auswertung in Frage 3 sind für das Verständnis des Aufbaus und der Wirkungsweise eines Wechselstromgenerator entbehrlich. Sie haben jedoch Bedeutung für die Erziehung zum sachgemäßen, selbständigen Umgang mit Messgeräten beim Experimentieren mit Wechselstrom.

2 Der Wechselstromgeeerator (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie kaee Wechselstrom erzeugt werdee? Baue ein einfaches Modell eines Wechselstromgenerators und mache Dir daran klar, wie man technisch Wechselstrom erzeugt.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB Lampenfassung E10, SB Spule, 400 Windungen Spule, 1600 Windungen U-Kern Drehstiel Magnet, l = 72 mm, stabförmig, Pole farbig Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot Glühlampen 4 V/0,04 A, E10, 10 Stück (1) 12 Vielfachmessinstrument, analog

4 Aufbau ued Durchführueg Aufbau Baue den Versuch entsprechend der Abb. 1 auf. Verschiebe den Zeiger des Messinstruments aus der Nulllage so weit wie möglich nach rechts. (Stellschraube auf der Unterseite des Messinstrumentes) Wähle den Messbereich 100 mv / 50 µa. Schraube den Mangeten fest am Drehstiel an. Platziere den Magneten zwischen den beiden Spulen, so dass die Pole etwa 1 cm Abstand von den Spulen haben. Vgl. Abb. 2. Abb. 1 Abb. 2 Durchführueg Drehe den Magneten unterschiedlich schnell und beobachte das Messinstrument. Notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 1" im Protokoll. Schiebe einen I-Kern in eine der Spulen (vgl. Abb. 3) und drehe den Magneten erneut. Beobachte das Messinstrument. Notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 2" im Protokoll. Drehe den Magneten langsam und beobachte dabei wie oft der Zeiger des Messinstruments während einer vollen Drehung des Magneten nach links und nach rechts ausschlägt. Notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 3" im Protokoll. Drehe den Magneten möglichst schnell und beobachte dabei den Ausschlag des Messinstruments. Vergleiche mit dem vorherigen Ausschlag und notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 4" im Protokoll. Schließe statt der beiden Spulen mit je 400 Windungen 1 Spule mit 1600 Windungen an das Messinstrument an (vgl. Abb. 4). Schiebe das Joch in die Spule und drehe den Magneten neben der Spule. Vergleiche den Zeigerausschlag mit dem von (2) und notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 5" im Protokoll. Setze die Spule mit 1600 Windungen auf den U-Kern. Schließe eine Lampenfassung mit einer Glühlampe 4 V / 0,04 A an die Spule an. Stecke den Drehstiel mit Magnet mit dem dünnen Ende in den U-Kern (vgl. Abb. 5 und 6). Wähle einen Abstand von ca. 5 mm. Lasse den Magnet sehr schnell rotieren, beobachte die Lampe und notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 6" im Protokoll.

5 Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5

6 Abb. 6

7 Protokoll: Der Wechselstromgeeerator Ergebeis - Beobachtuegee 1 (10 Puekte) Ergebeis - Beobachtuegee 2 (10 Puekte)

8 Ergebeis - Beobachtuegee 3 (10 Puekte) Ergebeis - Beobachtuegee 4 (10 Puekte)

9 Ergebeis - Beobachtuegee 5 (10 Puekte) Ergebeis - Beobachtuegee 6 (10 Puekte)

10 Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Was folgt aus der Beobachtung, dass der -eiger des Messinstruments während der Rotation des Magneten um seine Ruhelage pendelt? Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Erkläre die unter "Ergebnis - Beobachtungen 2" notierte Beobachtung.

11 Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Erkläre die unter "Ergebnis - Beobachtungen 4" notierte Beobachtung und begründe anschließend, warum ein Gerät für die Messung der Gleichstromstärke (oder Gleichspannung) nicht für Messungen im Wechselstromkreis eingesetzt werden darf. Auswertueg - Frage 4 (10 Puekte) Erkläre die unter "Ergebnis - Beobachtungen 5" notierte Beobachtung.