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Der Dynamo (Mittelstufe)

Der Dynamo (Mittelstufe)

Der Dynamo stellt aus mechanischer Energie elektrische Energie her.

Physik

Schlagwörter

Dynamo, Selbstinduktion, Ányos Jedlik, Siemens, Generator, Magnet, Induktion, Bewegungsinduktion, magnetische Induktion, Energie, Leiterschleife, Spule, magnetisierter Eisenkern, Kommutator, Stromquelle, Straßenbahn, Gleichstrom, Magnetismus, Fahrrad, Elektrizität, Beleuchtung, Drei-Finger-Regel, elektro, Elektron, Physik

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Fragen

  • Aus welchem Land stammte\nÁnyos Jedlik?
  • Wer wurde NICHT mit dem\nNobel Preis ausgezeichnet?
  • Stimmt diese Behauptung?\nÁnyos Jedlik war ein Benediktinermönch.
  • Stimmt diese Behauptung?\nÁnyos Jedlik war\nFranziskanermönch.
  • Was macht der Dynamo?
  • Stimmt diese Behauptung?\nDer Dynamo kann die Stromversorgung der Fahrradbeleuchtung sichern.
  • Stimmt diese Behauptung?\nDer Dynamo kann in Generatoren zur Erzeugung von Strom verwendet werden.
  • Spielt die elektromagnetische Induktion beim Funktionsmechanismus des Dynamos eine Rolle?
  • Stimmt diese Behauptung?\nDer Strom in der Spule des Dynamos macht den Eisenkern magnetisch.
  • Stimmt diese Behauptung?\nDer Strom im Eisenstab des Dynamos macht die Spule magnetisch.

3D-Modelle

Dynamo

Modell des Dynamos

  • Spule
  • magnetisierter Eisenkern
  • Läufer
  • Stromwender (Kommutator)
  • Bürste
  • N
  • S

Läufer

  • Läufer
  • Stromwender (Kommutator)
  • Bürste
  • N
  • S

Spule

Narration

Durch Nutzung der Bewegungsenergie stellt der Dynamo Gleichstrom her. Das Funktionsprinzip des Dynamos erkannte der ungarische Erfinder, Physiker und Lehrer, Ányos Jedlik. Im Jahr 1861 konstruierte er seinen Dynamo, welchen er „einpoligen Stromstarter“ nannte. Mit einer Kurbel konnte die Achse dieser komplizierten Konstruktion gedreht werden, wodurch Gleichstrom erzeugt wurde.
Unabhängig von Ányos Jedlik erfand auch Ernst Werner von Siemens den Dynamo und stellte ihn 1867 unter Patentschutz.
Dynamos werden heute häufig zur Stromversorgung der Fahrradbeleuchtung verwendet. Der Name Ányos Jedlik ist weiterhin mit dem Elektromotor, den er selber im Ungarischen „blitzmagnetischen Läufer“ nannte, und dem Erfinden des Sodawassers verbunden. Jedlik spielte bei der Ausarbeitung der ungarischen wissenschaftlichen Sprache eine bedeutende Rolle. Er übersetzte solche Ausdrücke ins Ungarische wie zum Beispiel: Wellental, Wellenlänge, Ballon, Luftdruck, Senkrechte, Kunststoff oder Winkelgeschwindigkeit. Als Anerkennung seiner Tätigkeit wurde er 1873 zum Ehrenmitglied der Ungarischen Akademie der Wissenschaften gewählt.

Der Dynamo wandelt kinetische Energie in elektrische Energie um. Die Animation stellt diesen Prozess anhand eines vereinfachten Modells des Dynamos dar.
Im sich bewegenden Läufer wird wegen des Magnetfeldes Strom induziert. Der Strom wird zum Erledigen von Arbeit verwendet und danach zurück auf die magnetische Spule geleitet. Der in der Spule fließende Strom induziert ein Magnetfeld, wodurch der Eisenkern noch magnetischer wird. Der stärkere Magnet produziert stärkeren Strom, wodurch sich ein noch stärkeres Magnetfeld bildet, dieser Vorgang wiederholt sich.
Das Magnetfeld und der elektrische Strom induzieren einander so lange, bis der Maximalwert erreicht wird.
Das ist das Prinzip der Selbstinduktion. Im Läufer entsteht während der Rotation Strom, der durch den Stromwender, auch Kommutator genannt, in Gleichstrom umgewandelt werden kann und durch die Bürsten weggeleitet wird.

Das Magnetfeld induziert im Läufer Strom, dessen Stärke und Richtung mit dem gelben Pfeil dargestellt wird.
Der schwarze Pfeil ist der magnetische Induktionsvektor, Vektor B, er zeigt vom nördlichen Pol des Magneten in Richtung des südlichen Pols.
Der grüne Pfeil steht für die Geschwindigkeit des Leiters: v.
In der Animation ist zu sehen, dass die Stromstärke dann am höchsten ist, wenn der Läufer horizontal liegt: Vektor B und Vektor v stehen hier senkrecht zueinander.
Wenn wir den Daumen, den Zeigefinger und den Mittelfinger unserer rechten Hand senkrecht ausstrecken und unser Zeigefinger den Vektor v und unser Mittelfinger den Vektor B darstellt, dann zeigt unser Daumen die Stromrichtung an.
Da die Stromrichtung im rotierenden Läufer wechselt, ist ein Stromwender nötig um einen Gleichstrom zu gewährleisten.

Der in der Spule fließende Strom induziert ein Magnetfeld.
Wenn wir die Spule mit der rechten Hand greifen, und zwar so, dass unsere vier Finger in die Stromrichtung zeigen, dann zeigt uns unser Daumen den nördlichen Pol.

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