DIY: Erzeugen Sie Ihren eigenen Strom

Do It Yourself

Ein Generator ist einfach ein Gerät, das mechanische Energie (die wiederum aus Kohle, Öl, Erdgas, Wind, Wasser, Kernreaktionen oder anderen Quellen stammt) in elektrische Energie umwandelt. Hier beschreiben wir, wie man mit leicht erhältlichen Materialien einen einfachen Generator bauen kann. Obwohl er nur stark genug ist, um eine kleine Taschenlampe zum Leuchten zu bringen, funktioniert er nach den gleichen Grundprinzipien wie die Kraftwerksgeneratoren, die den Hausstrom liefern.

Wie ein Generator funktioniert

Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er ein dreidimensionales magnetisches Kraftfeld um den Draht, ähnlich dem, das einen Stabmagneten umgibt. Auch Magnete sind von einem ähnlichen dreidimensionalen Feld umgeben. Dieses kann man zweidimensional „sehen“, wenn man Eisenspäne auf ein über den Magneten gelegtes Blatt Papier streut. Die Späne richten sich entlang der den Magneten umgebenden Magnetkraftlinien aus.

Zweidimensionale Darstellung des Magnetfeldes um einen Stabmagneten. Die Pfeile zeigen die Richtung der magnetischen Kraftlinien an. N (Nord) und S (Süd) bezeichnen die Pole des Magneten, auf die sich die Kraftlinien konzentrieren. Der Nordpol des Magneten wird den Nordpol eines Kompasses oder eines anderen Stabmagneten abstoßen, während sein Südpol den Nordpol eines Kompasses oder eines anderen Stabmagneten anzieht.

Der einfachste Generator besteht nur aus einer Spule aus Draht und einem Stabmagneten. Wenn man den Magneten durch die Mitte der Spule schiebt, wird im Draht ein elektrischer Strom erzeugt. Der Strom fließt in eine Richtung, wenn der Magnet hineingeschoben wird, und in die andere Richtung, wenn der Magnet entfernt wird. Mit anderen Worten, es entsteht ein Wechselstrom. Hält man den Magneten absolut still in der Spule, wird überhaupt kein Strom erzeugt. Eine andere Möglichkeit, den Strom zu erzeugen, wäre, den Magneten in der Spule zu drehen oder die Spule um den Magneten zu drehen.

Diese Methode der Stromerzeugung, Induktion genannt, wurde von Michael Faraday 1831 entdeckt. Er fand heraus, dass die erzeugte Spannung umso größer war, je stärker die Magnete waren, je mehr Windungen der Draht in der Spule hatte und je schneller die Bewegung des Magneten oder der Spule war. Faraday beobachtete auch, dass es effizienter war, wenn die Spule um einen Metallkern gewickelt war, da dies half, das Magnetfeld zu konzentrieren.

Spannung und Strom

Was bedeuten die elektrischen Begriffe Spannung (gemessen in Volt) und Strom (gemessen in Ampere, oft abgekürzt als Ampere)? Stellen Sie sich den elektrischen Strom, der in einem leitenden Draht fließt, wie Autos vor, die auf einer Autobahn fahren. Die Autobahn ist der Draht und die Spannung die Geschwindigkeit, mit der sich die Autos bewegen. Der Strom entspricht der Anzahl der Autos, die pro Sekunde an einem bestimmten Punkt vorbeifahren.

Wenn ein Strom durch einen Draht fließt, wird elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt, wie z.B. Wärme in einem Heizelement, Licht aus dem Glühfaden einer Glühbirne oder Schall aus einem Lautsprecher. Der elektrische Strom kann auch dazu gebracht werden, mechanische Energie zu erzeugen, was in einem Elektromotor geschieht.

Baue deinen eigenen Generator

Was du brauchst

• Karton
• 15cm langer Eisennagel mit 6mm Durchmesser und großem Kopf
• 8-10cm lange Schraube mit 6mm Durchmesser und Mutter
• 25m Kupferlackdraht (30 swg oder ca. 0,3mm Durchmesser)*
• E825 Eclipse-Knopfmagnet (mit einem Befestigungsloch)*
• 6V, 0.06A-Taschenlampenbirne und Glühbirnenfassung*
• eine Rolle Isolierband*
• eine Handbohrmaschine

* Erhältlich in Baumärkten oder Elektronikgeschäften.

Ein einfacher Generator

Was zu tun ist

Ihr Generator besteht aus einer Spule, die an einen sich drehenden Magneten gehalten wird.

1. Schneiden Sie zwei Pappscheiben mit einem Durchmesser von etwa 3 cm aus und machen Sie in der Mitte ein 4-5 mm großes Loch. Stecken Sie den Nagel in das Loch und drücken Sie eine Scheibe bis zum Kopf ein. Bedecken Sie die nächsten 2-3 cm der Nageloberfläche mit ein paar Lagen Isolierband.
2. Schieben Sie die andere Scheibe auf, bis sie an das Band stößt, und wickeln Sie dann mehr Band auf die andere Seite, um sie zu fixieren, so dass die Pappscheiben nicht mehr als 2-3 cm voneinander entfernt sind. Wickeln Sie etwa 30 cm Draht von der Spule ab, um eine Leitung von der Spule zu bilden, und beginnen Sie, den restlichen Draht um das Isolierband zwischen den beiden Pappscheiben zu wickeln. Um den Überblick zu behalten, kann es hilfreich sein, nach jeweils 100 Windungen ein Häkchen auf einem Blatt Papier zu machen. Die Anzahl der Windungen ist nicht entscheidend, aber je mehr, desto besser; 1.500 sollten genügen.
3. Nachdem Sie den Nagel mit einer einzigen Lage von Windungen bedeckt haben, fahren Sie fort, Schichten übereinander zu legen. Sie müssen keine besonders saubere Arbeit leisten.
4. Nach etwa 1 500 Windungen lassen Sie am anderen Ende etwa 30 cm Draht frei und bedecken die Windungen mit Isolierband. Entfernen Sie etwa einen Zentimeter der Isolierung von den beiden Enddrähten, indem Sie den Lack abkratzen, und verbinden Sie sie mit der Glühlampenfassung. Setzen Sie die Glühbirne in die Halterung ein.
5. Stecken Sie den Bolzen durch das Loch, das in den Sockel des Magneten gebohrt wurde, und befestigen Sie ihn durch Anziehen der Mutter. Fixieren Sie den Bolzen im Bohrfutter einer Handbohrmaschine. Fixieren Sie nun das scharfe Ende des Nagels in einem Schraubstock (oder zwischen zwei schweren Büchern), so dass er waagerecht steht. Bringen Sie den Magneten bis auf etwa 1 mm an den Nagelkopf heran, der von der Mitte des sich drehenden Magneten aus leicht außermittig sein sollte. Achten Sie darauf, dass der Abstand zwischen dem Magneten und dem Nagelkopf so gering wie möglich ist, aber nicht so gering, dass sie sich berühren. Ein Tipp: Legen Sie die Hand, die den festen Teil der Bohrmaschine hält, auf die Tischplatte, damit sie möglichst ruhig steht.

   Drehen Sie den Bohrergriff so schnell Sie können und die Glühbirne sollte aufleuchten. So einfach ist es, Strom zu erzeugen!

Generatoren in Fahrrädern und Autos

Autos brauchen eine Gleichstromversorgung, um Zündung, Licht, Scheibenwischer usw. zu betreiben. Diese wird von einer Lichtmaschine erzeugt, die mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist. Ein Gerät namens Gleichrichter wird verwendet, um den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Außerdem muss ein Regler eingebaut werden, um den Strom zu steuern, damit die Ausgangsspannung der Lichtmaschine weiterhin mit der Spannung der Fahrzeugbatterie übereinstimmt, wenn sich die Motordrehzahl ändert.

Ein Dynamo an einem Fahrrad, der beim Radfahren Strom erzeugt, ist ein weiteres Beispiel für einen Generator. Sein grundlegender Aufbau ist derselbe wie der oben beschriebene selbstgebaute Generator.

ein Fahrraddynamo