Erzeugung sinusförmiger Wechselspannung
Geräte und deren Funktion:
Helmholtzspulenpaar zur Bereitstellung eines homogenen Magnetfelds,
Spannungsquelle zur Bereitstellung Erregerstromes,
Spule als Versuchsobjekt und
Voltmeter zur Messung der induzierten Spannung.
Versuchsaufbau:
Versuchsaufbau gezeichnet mit Inkscape von Bekir und Ibrahim.
Versuchsdurchführung:
Als erstes verbindet man die vorhandene Geräte miteinander. Anschließend schaltet man den Erregerstrom ein und stellt ihn auf 1A ein. Zuguterletzt dreht man die Spule möglichst gleichmäßig und einmal ganz schnell.
Versuchsbeobachtung:
Erzeugung von Wechselspannung, Video von Tuncay G.
Zuerst in normaler Geschwindigkeit, dann in Zeitlupe.
Bei jeder vollen Umdrehung der Spule zeigt das Voltmeter bei 0° 0V an. Bei einer Drehung um 90° 2V, bei einer Drehung von 180° wieder 0V, bei 270° -2V und bei einer vollen Umdrehung nochmals 0V.
Ändert sich der Winkel von der senkrechten Position in die waagerechte, so ist die induzierte Spannung stark. Ändert sich aber der Winkel aus der waagerechten Position, dann ist die Spannung so gut wie minimal. Bei Erreichen des Ausgangspunkts ist die Spannung wieder gleich 0V.
Bei einer schnellen Umdrehung der Spule bleibt der Zeiger des Voltmeters an der Selben stelle stehen und zeigt eine Spannung von 0V an.
Versuchserklärung:
Zunächst entsteht in dem Helmholtzspulenpaar ein homogenes Magnetfeld.
Durch die Drehung der Spule im homogenen Magnetfeld, ändert sich ständig die wirksame Fläche As und der Drehwinkel φ.
Steht die Spule senkrecht zu den Feldlinien ändert sich die wirksame Fläche nur sehr wenig, deshalb ist die induzierte Spannung dort praktisch 0V.
Steht die Spule nach eine Drehung um 90° parallel zu den Feldlinien ist die wirksame Fläche gerade null. Sie ändert sich dann beim weiterdrehen sehr stark, so dass die
induzierte Spannung dort maximal ist. Nach einer Drehung um 180° steht die Spule wieder senkrecht zu den Feldlinien, die Änderung der wirksamen Fläche
ist dort wieder nur sehr gering und deshalb ist die Spannung dort praktisch null. Beim Erreichen von 270° steht die Spule wieder parallel zu den Feldlinien.
Es ist also wieder wie bei 90°, nur mit entgegengesetzten Vorzeichen.
Beim schnelleren Drehen ist die Amplitude der induzierten Spannung zwar größer, aber der Zeiger des Messinstruments kann der schnellen Änderung nicht folgen,
so dass er stehen bleibt.
Erstellt von Tuncay G. und Emre T. mit Ergänzungen von Herrn Ecker 10.5.2015