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 pem111  Der Wechselstromverlauf
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zum Wechselstrom-Verlauf / Generator
zum Drehstrom-Generator
 
 Informationen zum Mediensatz
Dieser Mediensatz dient zur Veranschaulichung des Wechselstromverlaufs durch punktweise Entwicklung der Sinusfunktion aus dem Kreis (Einheitskreis). Im Versuch genügt ein rotierender Stabmagnet über einer Spule mit Eisenkern, um mit einem empfindlichen Strommessgerät (mit Nullpunkt in der Mitte) nachzuweisen, dass ein Wechselstrom entsteht, wenn abwechselungsweise der Nordpol und der Südpol an der Spule vorbeistreichen (Innenpol-Generator). Dabei ist der Ausschlag des Zeigers dann am größten, wenn sich einer der Pole genau über der Spule befindet und Null, wenn beide Pole denselben Abstand zur Spule haben, so dass sich ihre magnetische Wirkung gegenseitig aufhebt. Es ist auch nachweisbar, dass nicht nur die Nähe des Drehmagneten gegeben sein muss, sondern auch eine Bewegung, weil nur Magnetfeld-Änderungen in der Spule einen Induktionsstrom ergeben (Feldlinienschnitt mit den Spulenwindungen). Aus der Kreisbewegung kann der Sinusverlauf über die Hilfslinien in das vorgegebene Koordinatensystem übertragen werden.
Ablauf in den einzelnen Schwingungsvierteln:
[1.] Die Stromstärke nimmt zu von O -> positiven Maximalwert.
[2.] Die Stromstärke nimmt ab vom positiven Maximalwert -> 0.
[3.] Die Stromstärke nimmt zu von O -> negativen Maximalwert.
[4.] Die Stromstärke nimmt ab vom negativen Maximalwert -> 0.
Es ergibt sich also ein Wechsel von Zu- und Abnahme mit jeder Viertelschwingung (Vierteldrehung des Magneten) und ein Stromrichtungs-Wechsel mit jeder Halbschwingung.
Die Bezeichnungen "positiv" und "negativ" sind nur zur unterscheidenden Bezeichnung der Darstellung im Koordinatensystem gewählt und könnten folgende Missverständnisse verursachen: Strom fliesst nach der technischen Stromrichtung immer vom (momentanen) Plus- zum Minuspol bzw. die Elektronen immer von Elektronenüberschuss (Minuspol) nach Elektronenmangel (Pluspol).
Für den Mathematiker nimmt die "Stromstärke" im 3. Schwingungsviertel ab, weil der Funktionswert kleiner als 0 (negativ) wird.
Stellt man sich das Anfassen einer unter Strom stehenden Leitung im Wechselstromverlauf vor, wird aber auch der "strenge Mathematiker" feststellen, dass die Stromstärke im 3. Schwingungsviertel zu- und im 4. Schwingungsviertel abnimmt (weil der Betrag der Stromstärke entsprechend zu- oder abnimmt). :-)
 Hinweis:   Im einfachen Versuch (wie hier abgebildet) erhalten Sie auf dem Oszilloskop leider keinen "sauberen" Sinusverlauf. Der Drehmagnet müsste dazu die "Ankerform" wie beim Elektromotor haben und der Eisenkern der Spule weit nach oben verlaufend gerundet sein. Beim einfachen Versuch nähert sich jeder Magnetpol genau genommen immer 2x kurz nacheinander dem Eisenkern der Spule (immer wenn eine Ecke dem Eisenkern am nächsten ist, gibt es einen tatsächlichen Maximalwert).
Tipps zum Mediensatz:  Es ist vorgesehen, dass der Schüler das Arbeitsblatt selbst ausfärbt und ergänzt. Sollten Sie mehr Informationen wünschen, so können Sie die Farbfolie im Graustufen-Modus als Kopiervorlage ausdrucken.
Tipps zum Whiteboard-Einsatz:  Die Mediendarstellung kann im Browser mit der Tastenkombination [Strg] + Plustaste oder Minustaste oder mit [Strg] und dem Mausrad vergrößert oder verkleinert werden, um dann erklärend in die projizierte Folie oder das Arbeitsblatt hinein zu arbeiten. Mit der Software des Smartboards / Aktivboards können Medien-Bereiche (vorerst) abgedeckt werden oder weitere Erklärungen angebracht werden. So lässt sich z.B. auch ein Arbeitsblatt in der Projektion einfärben oder (gemeinsam) ausfüllen.
Tipps zur OH-Projektion: Wenn Sie von der Kopiervorlage eine s/w-Kopierfolie erstellen, können Sie diese bei der gemeinsamen Erarbeitung vervollständigen. Die Farbfolie setzen Sie dann eventuell erst bei der Zusammenfassung oder Wiederholung ein. Wenn Sie die Farbfolie zur Projektion in eine "gute" Klarsichtfolie stecken, können Sie auch auf dieser Klarsichtfolie Eintragungen zur Projektion "in die Folie" machen, ohne sie zu zerstören.