Quelle: Krücken 04-2021 von DL9HCG, überarbeitet von Oliver Nitsche

Wechselstrom kommt aus Generatoren. Sie sehen aus, wie Elektromotoren, funktionieren aber „umgekehrt“. Sie treiben nichts an, sondern müssen angetrieben werden, um Strom zu liefern. Das bekannteste Beispiel ist der
Fahrrad-Dynamo, dessen Schema hier dargestellt sein soll. Sein Typenschild sagt u.a.: 6 V, 3 A.


Schaut man von oben in ihn hinein, so sieht man den vom Reibrad über die Achse angetriebenen
Magneten, dessen Nordpol rot markiert ist. Im oberen Bild ist der Magnet in der Stellung, in der Nord
und Südpol gleiche Entfernung zu den beiden Spulen haben. Man könnte das die Nullstelle nennen.
Es wird keine Spannung produziert. Null Grad Sinus sagt der Fachmann.

Im zweiten (Teil)-bild hat sich der Magnet um ¼ – Umdrehung weitergedreht. Im Verlauf der Bewegung ist eine ansteigende positive Spannung in die (zusammengeschalteten) Spulen induziert worden. Wir stellen uns vor, dass der Strom in einem angeschlossenen äußeren Stromkreis, wie der sich drehende Magnet im Uhrzeigersinn, also rechtsherum fließt. Wir nennen das bisherige Ergebnis die maximale Amplitude – die Spitzenspannung Us der positiven Halbwelle. In dieser Stellung sind 90°-Sinus erreicht.

Ein Plotter, aus dem ein Papierstreifen nach links in Pfeilrichtung herausgezogen wird, hat mit seinem
Schreibstift, dessen momentane Position rot markiert ist, die bisherigen Ereignisse mit blauer Tinte abgebildet.
Der Dynamo erzeugt für diesen Moment 8,48 Volt, für die er ja eigentlich gar nicht vorgesehen ist. Des Rätsels Lösung: Es ist dies ja nur der kurze Moment, in dem er die Spitzenspannung liefert. Zu anderen Zeiten hat er aber eine kleinere Spannung als 6 Volt produziert.
Wie komme ich dann also auf die 8,48 V? Nun, ich habe natürlich eine Formel angewendet, die besagt, dass der Spitzenwert = Wurzel aus 2 (= 1,414) mal so groß ist, wie der Mittelwert = der Effektivwert. Umgekehrt bekommt man den Effektivwert einer Spitzenspannung heraus, wenn man rechnet: 45° Sinus (= 0,707106) mal dem Spitzenwert. Und 8,48 V • 0,707106 sind die 6 Volt, die der Dynamo hergeben soll. Diese Zahl 0,707106 ist für den Elektriker und sonstige Fachleute ein sehr wichtiger Wert. Im Übrigen kommt man mit 1÷√ 2 auf den gleichen Wert.

Hier sieht man nun nochmals einen gesamten Umlauf des Magneten, angefangen nochmals in der Stellung desbeginnenden ersten Umlaufes

Erstes Bild: Die Zeichnung soll das Prinzip eines Wechselstrom-Erzeugers, oder Generators darstellen, wie man ihn im einfachsten Fall als Fahrrad-Dynamo vor sich hat. Der sich drehende Magnet induziert in die Spule zeitabhängig eine
Spannung mit Beginn einer Drehbewegung.

 2. Bild: Der Magnet mit Nord- (rot) und Südpol hat sich über seine Achse in
drehende Bewegung versetzt, und steht momentan mit seinem Nordpol der Spule
gegenüber. Das Ergebnis ist dem Diagramm rechts zu entnehmen: Es ist der Moment des Maximums der positiven Halbwelle. Die Elektronen im äußeren Stromkreis werden dadurch im Uhrzeigersinn fließen.
(Rote Pfeile zeigen die Richtung des Stromflusses).

3. Bild: Auf dem weiteren Weg hat der rotierende Magnet die senkrechte Stellung erreicht, in der der Südpol ganz oben ist. Nord- und Südpol sind nun gleich weit von der Spule entfernt, und es wird keine Spannung induziert. Im Diagramm entspricht das dem Zustand einer vollendeten Halbwelle.

4. Bild: Mit dem Weiterdrehen strebt nun der Südpol der Spule zu – die Elektronen
haben im Stromkreis ihre Richtung gewechselt – gegen den Uhrzeigersinn – daher die Bezeichnung Wechselstrom. Und es herrscht nun negatives Spannungsmaximum. (Blaue Pfeile deuten das an).

5. Bild: Der Magnet erreicht die Vollendung einer Umdrehung. Nord- und Südpol sind wieder gleich weit von der Spule entfernt, und wieder wird keine Spannung induziert. Ständiges Weiterdrehen lässt immerfort weitere Sinuskurven entstehen.

Der Effektivwert einer Wechselspannung

Er soll hier nochmals unter die Lupe genommen werden. Denn wenn für eine Wechselspannung angegeben wird, dass man es mit 230 V zu tun hat, dann ist in aller Regel der Effektivwert angegeben.
Der Grund dafür ist einfach: Wir nennen den Wert, den wir hätten wenn wir es mit 230 V Gleichstrom zu tun hätten, den Effektivwert. Wechselspannung hat nun aber ständig andere Augenblickswerte.

Die grafische Erklärung zeigt in der ersten Halbwelle, worum es geht. Die Menge oberhalb der Effektivspannung UEFF, die hier rosa gezeichnet ist, füllt genau den Bereich, der einer Rechteckspannung fehlt. Und das tut sie mit allen Halbwellen.
Die beiden Diagonalen entsprechen 45° und 135° sin. (0,707-mal Spitzenwert).
Man gebe mal in den Taschenrechner ein: 45 [sin]. Schon hat man diese Zahl, die für uns sehr wichtig ist.  

Eine der Seitenlinien des grünen Quadrates ist 45° [sin] mal so lang wie die Diagonale. Und die Diagonale ist √  2 mal so lang, wie eine der Seitenlinien. (1,414 mal).
Wenn ich mal (versehentlich – versteht sich) mit meinen Händen prüfe, ob noch Strom in der  Steckdose ist, bekomme ich einen elektrischen Schlag – einen Bax sagt der Hamburger und fragt sich, warum das so hart zugeschlagen hat.
Ihm ist klar, dass er die Verbindung länger als eine fünfzigstel Sekunde herstellte, und ihn also die Spannung von oberer zu unterer Spitze gekitzelt hat.


Er rechnet also:  USPITZE = UEFF  • √  2   = 230V • 1,414  = 325,3 Volt ,  was der Spitzenspannung entspricht, und verdoppelt werden muss, wegen der Spannung von oberer zu unterer Spitze (Uss) die ihm dieses Hochgefühl zuteilwerden ließen.


Das Staunen gilt nun eher der Tatsache, dass er sowas überstanden hat.
Denn 2-mal 325 V = 650 Volt – da braucht man sich nicht sehr zu wundern.

Sehr zu empfehlende YouTube Playliste Elektrotechnik einfach erklärt-> Link