Die Animation zeigt, wie eine elektrische Spannung durch ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. In der 3D-Szene (links oben) sieht man einen zylinderförmigen Leiter oberhalb eines rotierenden Magneten. Im Inneren des Leiters wird ein elektrischer Strom induziert. Dieser wird durch blaue Kügelchen angedeutet.
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Erläuterungen
Die Animation bietet eine Einführung in das Funktionsprinzip elektrischer Generatoren.
Die Induktionsspannung lässt sich als Funktion der Winkelgeschwindigkeit berechnen. Je schneller sich das Magnetfeld dreht, umso höher ist die induzierte Spannung.
\[ U_\text{ind} = \hat{U} \cdot \sin(\omega t) \]
Das Zeichen Û (sprich „U-Dach“) steht dabei für die maximal induzierbare Spannung. Die Sinusfunktion drückt aus, dass nur die Bewegung, die quer zur Richtung der Feldlinien erfolgt, einen Einfluss auf die induzierte Spannung hat. Bewegungen, die in Richtung der Feldlinien erfolgen, haben keinen Einfluss. Der Buchstabe ω (Omega) steht für die Winkelgeschwindigkeit. Es gilt:
\[ \omega = 2 \pi f \]
Der Buchstabe f steht dabei für die Frequenz.
Hinweis: Beachten Sie, dass in der zuvor genannten Formel der Ausdruck „ωt“ nicht als Produkt aufgefasst werden darf. Es handelt sich schlicht um die Winkelgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t.
Der hier dargestellte Zusammenhang lässt sich auch durch die folgende grundlegendere Formel (Faradaysches Induktionsgesetz) ausdrücken:
\[ U_\text{ind} = -N \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \]
In dieser Formel wird die Höhe der induzierten Spannung als Funktion der Magnetfeldänderung (Delta Phi geteilt durch Delta t) und der Anzahl der Windungen (N) betrachtet. Das Minuszeichen folgt aus der Lenz’schen Regel: Die induzierte Spannung wirkt stets der Ursache ihrer Entstehung entgegen (Energieerhaltung).
Bei der technischen Anwendung, z. B. in klassischen Generatoren, werden anstelle eines einzelnen Leitermaterials Leiterwicklungen eingesetzt, die mehrfach um den Magneten herumlaufen.
Hinweis: Die Animation berücksichtigt den Unterschied zwischen technischer und physikalischer Stromrichtung. Elektronen, angedeutet durch blaue Kügelchen, zeigen die physikalische Stromrichtung an.
Die Symbolik aus Kreuz und Punkt bezieht sich auf die technische Stromrichtung.
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Überblick und Download
| Titel | Elektromagnetische Induktion durch Rotationsbewegung |
| Zielgruppe | Lehrer/innen und Vortragende |
| Plattformen | Microsoft® Windows® Apple® Macintosh® (versionsabhängig) |
| Features | Vollbildmodus verlustfreie Vergrößerung Großbildschirme und Leinwände unterstützt |
| Lizenz | Freeware |
| Download | Kontakt |
Mitwirkende
C. Hein, S. Rikowski
Quellangaben
- Autorenwerkzeug: Adobe Animate
- 3D-Engine für das 3D-Modell: Papervision3D 2.0
- Idee und erstes Konzept: Tamara Riehle
- 3D-Rotationen: Algorithmus übernommen von Federico
Calvo:
http://blog.federicocalvo.com/2009/03/papervision-3d-sphere-globla-axis.html