Was ist ein homopolarer Generator?

Ein homopolarer Generator ist eine Art elektrischer Generator, der unter Verwendung einer elektrisch leitenden Scheibe, die sich in einem statischen Magnetfeld dreht, Gleichstrom (DC) erzeugt. Die Scheibe steht im rechten Winkel zum Magnetfeld, sodass durch ihre Drehung eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Scheibenmitte und dem Rand entsteht. Bürstenkontakte verbinden die Kante der Scheibe mit der Welle, die die Scheibe dreht. Die Polarität des elektrischen Stroms hängt von der Drehrichtung in Bezug auf das Magnetfeld ab. Es wird als "homopolar" oder "unipolar" bezeichnet, da nur ein Pol des Magneten verwendet wird.

Tatsächlich gibt es zwei Betriebsarten, in denen ein homopolarer Generator Strom erzeugen kann. Der stationäre Magnet und die rotierende Scheibe sind die gebräuchlichste Methode. Wenn sich jedoch sowohl der Magnet als auch die Scheibe drehen, wird immer noch Strom erzeugt. Dies ist aufgrund der Lorentzkraft möglich, die die durch das elektromagnetische Feld verursachten Elektronen sind.

Michael Faraday erfand den homopolaren Generator im Jahr 1831 und führte zu einem seiner alternativen Namen, der Faraday-Scheibe. Frühere Versionen dieses Geräts waren keine besonders effizienten Stromquellen, zeigten jedoch die Prinzipien, die jetzt von kommutierten Dynamos zur Erzeugung von Gleichstrom verwendet werden. Die Ineffizienz früher homopolarer Generatoren war hauptsächlich auf den Gegenstrom zurückzuführen; Der Magnet induziert den primären Stromfluss auf dem Teil der Scheibe, der sich direkt unter dem Magneten befindet, aber dieser Strom zirkuliert zu Bereichen der Scheibe, die vom Magnetfeld entfernt sind. Dieser Gegenstrom erwärmt die Scheibe, anstatt elektrischen Strom zu erzeugen.

Moderne homopolare Generatoren lösen dieses Problem teilweise, indem sie eine Reihe von Magneten um den Umfang der Scheibe herum anordnen. Auf diese Weise bleibt das Magnetfeld von der Mitte bis zum Rand der Disc konstant. Der Grad des Gegenstroms wird stark reduziert, was den Wirkungsgrad des Generators erhöht.

Üblicherweise zu Demonstrationszwecken verwendet, erzeugt ein kleiner homopolarer Generator nur wenige Volt, während größere Generatoren, wie sie in der wissenschaftlichen Forschung verwendet werden, einige hundert Volt erzeugen können. Einige Stromerzeugungssysteme verwenden mehrere homopolare Generatoren, um Tausende von Volt zu erzeugen, aber im Allgemeinen haben sie nicht viele praktische industrielle Anwendungen. Ein homopolarer Generator kann einen sehr niedrigen Widerstand haben, so dass er große Strommengen erzeugen kann, die gelegentlich über 1 Million Ampere liegen.