Was ist Induktion

Die elektromagnetische Induktion ist ein Vorgang, bei dem durch Bewegung eines elektrischen Leiters möglichst senkrecht zum Magnetfeld oder durch Änderung des Magnetfeldes eine elektrische Spannung und ein Stromfluss erzeugt werden kann. Die entstehende Spannung nennt man Induktionsspannung.
Die wirkt nach der Lenzschen Regel immer ihrer Ursache entgegen.

 

Wer entdeckte die Induktion?

Die elektromagnetische Induktion und das Induktionsgesetz wurden 1831 von Michael Faraday entdeckt.

 

 

Wofür wird die Induktion heutzutage benutzt?

Die Induktion leistet einen wichtigen Bestandteil zur Bewältigung des Energiehungers. Unter anderem wird sie heute unter anderem für folgende Dinge genutzt: Induktionsschwebebahnen in Japan, Metalldetektoren und Induktionsherde.

 

Wie gelang es Faraday?

Michael Faraday begegnete der Induktion erstmals, als er versuchte, die Nebenwirkungen eines Elektromagneten zu erklären nämlich, dass bei Spannung als Nebeneffekt ein Magnetfeld entsteht, er versuchte nun, den Effekt umzukehren.

Nils und Nam

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In diesem Beitrag sehen die Entwicklung vom Pixiigeneratoren bis zum Siemensgenerator.

1832:

Die ersten Generatoren von Pixii waren handbetrieben und für die praktische Nutzung unbrauchbar.

Der Dauermagnet wurde über einen feststehenden Eisenkern gedreht.

Fast zeitgleich:

William Ritchie baute ebenfalls eine Maschine, welche Strom erzeugt. Bei dieser wurden vier, mit einem Eisenkern an einem Rad befestigten Spulen, im Feld eines Dauermagneten gedreht.

1833:

Joseph Saxton veröffentlichte 1833 seine Maschinen, bei denen er einen waagerecht angeordneten Dauermagneten, vor dessen Polen zwei Spulen mit Eisenkern gedreht wurden, verwendet hatte. Um den nötigen Wechselstrom, für die Stromabnahme zu erzeugen, tauchte man die beiden an die Spulenenden angeschlossenen Kontaktscheiben in das dazu gehörige Quecksilbernäpchen.

1837:

Edward M. Clarke entwickelte im Jahre 1837 allerdings eine  konstruktiveVerbesserung der Maschinen. Er ordnete die Dauermagneten senkrecht an und ließ vor dessen Polen einen zweiteiligen Kommutator rotieren. Ebenfalls verwendete er einen zweiteiligen Kommutator zur Stromwendung.

Die Clarke´schen Maschinen erzeugten Gleichstrom.

Franz Adam Petrina baute 1837 Verbessungen am Vorbild der Maschinen von Ettinghaus. Er verbesserte den Kommutator und stattete die Maschinen mit vierteiligem Anker aus.

Diese Maschinen wurden zum Grosteil nur für den Unterricht genutzt und waren von den Funktionen her begrenzt.

1856:

Im Jahre 1856 stellte Werner Siemens seine neuste Erfindung den Doppel T- Anker vor. Es stellte sich schon nach kürzester Zeit heraus das dies ein großer technischer Fortschritt im Bau der Maschinen war. Ein Magnetindikator wurde als Geberstation für die Zeigertelegraphen von Eisenbahnen eingesetzt. Ebenfalls wurde er als Läutindikator bei Eisenbahnen und als Zündmaschine bei Sprengungen eingesetzt.

Der Doppel T-Anker war eine große Effektivität bei der Stromerzeugung, da er einen kräftigen magnetischen Schluss garantierte.

1866:

Im Jahre 1866 versuchte Werner Siemens den Dauermagneten eines Magnetinduktors, durch einen Elektromagneten zu ersetzen. Der Bau von  großen weiterentwickelten Dauermagneten begann durch die Entdeckung der Selbsterregung mittels Induktion. Dieses ist heute als dynamoelektrisches System bekannt.

Viele Dynamomaschinen erhitzten leider sehr schnell, dies verhinderte man durch den Doppel-T-Anker. Da dieses jedoch sehr teuer war ersetzte man den Doppe-T-Anker durch einen mehrteiligen Anker.

Dies ist die Enwicklung vom Pixiigenerator zum Siemensgenerator.


Emma;Svenja 

Wer entdeckte die Induktion?

Als Entdecker des Phänomens der Induktion gilt der Wissenschaftler Michael Faraday, der sie erstmals 1831 nachwies, nachdem er die vorigen zehn Jahre mit ihrer Erforschung verbracht hatte.

Welche Schwierigkeiten traten dabei auf?

Seine Forschung wurde durch den Irrglauben zurückgeworfen, die Wirkung der Induktion würde durch immer stärkere Magnetfelder auftreten. Dieser rührte daher, dass der dänische Wissenschaftler Oerstedt mit eben dieser Methode den Elektromagnetismus entdeckt hatte und man nun davon ausging, der Umkehreffekt (Induktion) ließe sich auf die gleiche Weise erreichen.

Welche vorhergehenden Entdeckungen und Wissenschaftler waren für die Entdeckung nötig?

  • Luigi Galvani und Alessandro Volta (trugen maßgeblich zur Erfindung von leistungsfähigen elektrischen Quellen bei, die für weitere Forschungen auf dem Gebiet von Nöten war)
  • Hans Christian Oerstedt (durch seine Entdeckung des Elektromagnetismus wurde das Interesse der Wissenschaft auf den Umkehreffekt gelenkt)

Welche Grundversuche führte Michael Faraday durch, um die Induktion zu entdecken?

    1. Versuch: Ein Stabmagnet wird schnell in den Hohlraum im Inneren einer aufgewickelten Spule, die von elektrischem Strom durchflossen wird, geschoben und hinausgezogen. Dabei entsteht eine Spannung, da das Magnetfeld durch die Bewegungen des Magneten verändert wird. Die Stärke der erzeugten Spannung hängt dabei von dem Tempo ab, mit dem der Magnet eingeführt wird.
    2. Versuch: Der Versuch ähnelt stark dem ersten, der einzige Unterschied ist, dass der Stabmagnet diesmal im Ruhezustand ist und die Spule mit schnellen Bewegungen auf den Magneten geschoben und zurückgezogen wird. Es entsteht wie bei Versuch 1 eine Spannung.

Ergebnis

  • Es wird dann eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umschlossene Magnetfeld ändert. Es wird keine Spannung induziert, wenn das von der Spule umschlossene Magnetfeld gleich bleibt.
  • Der Betrag der Induktionsspannung ist davon abhängig, wie schnell und wie stark sich das von der Spule umschlossene Magnetfeld ändert.

 

Zusammenfassung: 

Michael Faraday entdeckte 1831 (nach zehn Jahren Forschung) auf der Grundlage der Forschung Hans Christian Oerstedts die Induktion, indem er den Ansatz anwendete, Magnetfelder zu verändern, anstatt sie nur zu erhöhen.

Tom, David, Henry

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Die Entdeckung der Induktion:

Michael Faraday entdeckte 1831 die Induktion. Innerhalb von drei Monaten entwickelte er alle Grundversuche der Induktion und eine Urform eines elektrischen Generator.

Er wurde am 22.September 1791 in Newington geboren.

Schwierigkeiten dabei:

Er benötigte 10 Jahre für die Entdeckung der Induktion, da er eine Reihe von Misserfolgen hatte. Er glaubte zuerst, dass er mit einem genügend großen, stationären Dauerstrom in einem zweiten Kreis einen Strom induzieren könne.  Später kam er dann auf die Idee der Induktion.

Vorhergehende Entdeckungen:

OERSTED machte einen Versuch, bei dem eine Magnetnadel in der nähe eines elektrischen Leiters abgelenkt wird, wenn man den Strom einschaltet. Auf die Induktion kam er dabei allerdings nicht.

Diesen Versuch bauten Wissenschaftler wie Faraday und Ampere nach, wobei Faraday 1831 die elektromagnetische Induktion entdeckte.

 

Beteiligte Wissenschaftler:

-OERSTED (Welcher durch seine Versuche die Grundlage zur Entdeckung der Induktion legte)

-Ampere ( Der Versuche von OERSTED nachbaute)

-Michael Faraday (Entdecker der Induktion)

 

Durchgeführte Grundversuche:

Es gab zwei Versuche die Faraday gemacht hat:

1. Im Inneren einer aufgewickelten Spule, die von Strom durchflossen wird, wird ein Stabmagnet schnell in den Holraum rein- und rausgeschoben. Weil das Magnetfeld durch die Bewegung des Magneten verändert wird, entsteht eine Spannung. Die Stärke der Spannung hängt von dem Tempo ab, in dem der Magnet bewegt wird.

2. Diesmal wird der Stabmagnet nicht bewegt, sondern die Spule. Diese wird schnell auf den Magneten geschoben und wieder zurückgeschoben. Auch dabei entsteht eine Spannung. Auch hier ist die Stärke der Spannung von der Geschwindigkeit abhängig, in der die Spule Bewegt wird. 

Ergebnisse der Versuche:

Allgemein lässt sich sagen, das die Größe der Spannung von der Geschwindigkeit der Bewegungen der Spule oder der Bewegung des Magneten abhängt.

Eine Spannung wird außerdem erst dann erzeugt, wenn sich das Magnetfeld, welches von der Spule umschlossen ist, verändert.Bleibt dieses aber gleich und verändert sich nicht, so wird auch keine Spannung induziert.

 

 

 

 

Sarah und Anna

Funktionsweise: Der Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. In Form einer Drehung wird die mechanische Energie dem Generator hinzugefügt. Wenn sich ein Leiter quer oder senkrecht zum Magnetfeld bewegt, wirkt die Lorentzkraft auf die Ladungen im Leiter in Richtung dieses Leiters und setzt sie so in Bewegung. Diese Ladungsverschiebung lässt eine Potentialdifferenz entstehen und erzeugt eine elektrische Spannung zwischen den Enden des Leiters.

Bei einer Innenpolmaschine rotiert ein Elektromagnet oder ein Dauermagnet in einem Hohlzylinder. Dazu muss der Hohlzylinder mehrere Spulenwickelungen besitzen. Die ruhende Spule wird als Stator bezeichnet,und der bewegliche Elektromagnet wird Rotor genannt.Wenn der Rotor vier Magnetpole besitzt, folgt dort jeweils Nord- und Südpol aufeinander. Damit der Roter ein konstantes Magnetfeld aufbauen kann, muss er mit einem Gleichstrom versorgt werden. Den Strom bekommt er über Schleifkontakte. Indem Moment wo sich die Magnetpole des Rotors an den Spulenwicklungen des Stators vorbeibewegen, induzieren sie in ihnen eine Wechselspannung. Dabei sind die einzelnen Teilspulenmiteinander verschaltet, sodass sich diese Spannungen überlagern und gegenseitig verstärken. An dem unbeweglichen Stator wird die indizierte Spannung jedoch an zwei Anschlüssen abgegriffen.

Die Außenpolmaschinen weisen den Vorteil des einfachen Abgriff der Induzierten Spannung nicht auf. Dort rotiert eine Induktionsspule im unveränderlichen Magnetfeld des Stator. Der Stator  muss zur Felderzeugung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden. Während der Drehbewegung ändert sich ständig die Anzahl der Feldlinien, die von der Spule durchgesetzt werden. Daher wird in ihr eine Spannung induziert- infolge der Rotation eine sinusförmige Wechselspannung. Diese Spannung kann über Schleifkontakte abgegriffen werden.

Gleichstromgeneratoren:

Eigentlich ist jeder Wechselstromgenerator auch als Gleichstromgenerator zu benutzen, sofern er mit einer Zusatzeinrichtung ausgestattet ist. Diese Zusatzeinrichtung muss den induzierten Wechselstrom gleichrichten. Viele Gleichstromgeneratoren sind allerdings als Außenpolmaschinen  gebaut. Dort werden die Schleifkontakte zum Angriff der Spannung aus zwei Halbschalen gebaut. Nach einer halben Umdrehung entsteht dadurch eine Umpolung. Dadurch soll der Rotor eine pulsierende Gleichspannung abgeben, die anschließend geglättet werden kann.

Formel:

Pel=Pmech-Pv

Pel ist die erzeugte elektrische Leistung,
Pmech ist die zugeführte mechanische Leistung,
Pv ist die Verlustleistung infolge von mechanischer Reibung, Kupfersulfaten und Eisenverlusten.

Nutzung: Schüttel-Taschenlampen, Windräder, Dynamo

Der Generator wird noch häufiger eingesetzt,denn dies waren nur Beispiele.

 

 

 

 

Malaika uns Isabell

Als Generator bezeichnet man ein Gerät, welches elektrische Energie aus mechanischer Energie herstellen kann.

 

 

 

 

 

 

 

Dies ist der erste Generator, der von Pixii hergestellt wurde. Er wurde von Hippolyte Pixii im Jahr 1832 gebaut.

Siemens ist ein weltweit tätiges Unternehmen mit dem Fokus auf Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung. Als einer der größten Anbieter energieeffizienter, ressourcenschonender Technologien ist Siemens führend bei Systemen für die Energieerzeugung und -übertragung sowie die medizinische Diagnose. Bei Lösungen für Infrastruktur und Industrie nimmt das Unternehmen eine Vorreiterrolle ein. Siemens ist Hersteller von Generatoren, die zum Beispiel in Windkrafträdern benutzt werden und dort ihre Aufgabe finden.

An Hand diesem Beispielbild ist zu erkennen, an welcher Stelle, der Generator in einem Windkraftrad liegt.

Wie hier zu sehen ist, wird der Generator, der in der Gondel sitzt, mit den weiteren Bestandteilen eines Windkraftrades zusammen gebaut und ist zusammen mit allen Bestandteilen funktionsfähig.

Wie bereits erwähnt, startet die Geschichte des Generators im Jahre 1832 mit dem ersten Generator, der von Pixii gebaut wurde. Das Modell (siehe erstes Bild) wurde 1832 aus zwei Spulen gefertigt, unter denen ein Hufeisenmagnet kreist. Der erste Generator, der in der Industrie einen nennenswerten Einsatz fand, war der Wechselstromgenerator der Gesellschaft Alliance in Jahr 1849  nach einer Anregung von Floris Nollet.

Werner von Siemens war der Erfinder des Generators ohne Permanentmagnete. Er entdeckte  1866 das dynamoelektrische Prinzip und stattete damit eine erste Dynamomaschine aus.  Zeitgleich mit Siemens entdeckten und publizierten zudem auch Samuel Alfred Varley und Charles Wheatstone dieses Prinzip, wobei sich die Variante von Wheatstone als die später großtechnisch bedeutendere erwies.

Erste Mehrphasenwechselstromgeneratoren
Im Rahmen der Frankfurter internationalen Elektrotechnischen Ausstellung wurden 1891 Wechselstrommaschinen vorgeführt, die speziell zur Erzeugung von Mehrphasenwechselstrom gebaut wurden. Den ersten dieser Generatoren hatte bereits Friedrich August Haselwander im Jahre 1887 gebaut. Dieser lieferte bereits Dreiphasenwechselstrom. Der Amerikaner Charles Bradley erwarb schon Anfang 1897 ein Patent für einen Zweiphasenwechselstromgenerator. Das erste Zweiphasen-Kraftwerk der k.u.k.-Monarchie wurde von Franz Pichler gebaut und ging 1892 in der Raabklamm bei Weiz in der Steiermark in Betrieb. Dieser Generator wurde nach einigen Jahren für Drehstrom umgewickelt und war bis 1971 in Betrieb.

Erste großtechnische Kraftwerke
In der Folgezeit wurden zahlreiche Kraftwerke gebaut, die ihre Energie teils aus Wasserkraft, teils aus Dampf bezogen. Im/Am Niagara ging 1895 das erste Großkraftwerk der Welt ans Netz, und bereits 1898 folgen die Kraftübertragungswerke Rheinfelden in Europa als Flusskraftwerk. Ein Dampfkraftwerk brachte das Elektrizitätswerk Budapest bereits 1895 ans Netz.

 

Zeitgenössischer Holzstich des Generatorraums im ersten Drehstromkraftwerk in Lauffen am Neckar, das für die Elektrotechnische Ausstellung in Frankfurt am 12. September 1891 einen künstlichen Wasserfall und tausend Glühlampen versorgte. Diese Entwicklung von C. E. Brown wurde noch von der Maschinenfabrik Oerlikon hergestellt.

Dampfmaschinenbe­triebener Zweiphasenstromge­nerator mit Ringanker für das Elektrizitätswerk Budapest 1895

 

Rieke Vogt und Emily Legezin, 9a