Generator og motor

Fysik B · STX · B-niveau · Magnetisme og induktion

⚛️ Generator og motor

Generator = omdanner mekanisk energi til elektrisk energi via Faradays induktion.

Princip: ledningssløjfe (rotor) roterer i magnetfelt (stator). Magnetisk fluks gennem sløjfe ændres → induceret EMF → strøm i kredsløb.

EMF: ε(t) = NBA·ω·sin(ωt), hvor N = vindinger, B = magnetfelt, A = sløjfe-areal, ω = vinkelhastighed. → vekselstrøm (AC) med frekvens f = ω/(2π). I DK: 50 Hz. I USA: 60 Hz.

Vekselstrøms-generator (alternator): ringe + børster overfører strøm til ydre kredsløb. Bruges i biler, kraftværker.

Jævnstrøms-generator (dynamo): kommutator (split-ring) vender strømmen hver halvomgang → DC. Sjælden i dag (de fleste DC-applikationer bruger AC + ensretter).

Kraftværker: dampkraftværk (kul, olie, gas, biomasse, kerne) → damp roterer turbine → roterer rotor i generator → strøm. Vandkraftværk: vand fra højde → vandturbine → generator. Vindmølle: vind → blade → giriplade → generator. Solcelle = IKKE generator (direkte foto-elektrisk effekt). Motor = omvendt af generator: omdanner elektrisk til mekanisk energi.

Princip: strøm gennem ledningssløjfe i magnetfelt → Lorentz-kraft → moment → rotation. Vekselstrøms-motor (induktionsmotor) mest udbredt i industri: stator skaber roterende magnetfelt der trækker rotor med. Robust, billig, vedligeholdelsesfri.

Jævnstrøms-motor: kommutator + børster. Bruges i biler (vinduesmotor, blæser), legetøj, små apparater.

Børsteløse motorer (BLDC): elektronisk kommutering. Effektiv, lang levetid. Bruges i droner, el-cykler, harddiske og moderne elbiler.

Læringsmål

• Forklare Lorentzkraft F = qvB·sin(α)
• Anvende Faradays lov EMF = −dΦ/dt
• Forklare Lenz lov
• Beregne transformator-forholdet U₁/U₂ = N₁/N₂
• Forklare generator og motor

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvordan en generator omdanner mekanisk energi til elektrisk energi
• Forklar, hvordan en elektrisk motor omdanner elektrisk energi til mekanisk energi
• Diskutér, hvordan generatorer og motorer er hinandens omvendte princip

Eksperiment-forslag

• Byg en simpel håndsving-generator (spole + roterende magnet) og mål den genererede spænding med et oscilloskop — sammenlign formen med en sinuskurve.
• Byg en simpel jævnstrømsmotor med spole, magnet og kommutator, og forklar hvordan Lorentz-kraften driver rotationen.
• Beregn frekvensen ω = 2πf for en generator, der producerer 50 Hz vekselstrøm, og brug formlen ε(t) = NBAω·sin(ωt) til at finde EMF ved givne værdier af N, B og A.

Brobygning

Generatoren producerer netop den vekselstrøm, vi bruger i stikkontakten — og AC har nogle særlige egenskaber (top-værdi, RMS), som er afgørende for, hvordan vi regner på el-effekt. Næste emne er 'Vekselstrøm og RMS-værdier'.