Wie funktioniert ein Generator in der Physik?

Stromerzeugung - die physikalischen Grundlagen

In einer Batterie wird elektrische Energie durch chemische Reaktionen erzeugt, allerdings handelt es sich dabei um Gleichstrom, mit dem man Geräte mit vergleichsweise geringem Strombedarf versorgen kann. Kühlschrank oder Elektroherd benötigt jedoch Wechselstrom.

• Wechselstrom wird in Kraftwerken erzeugt, wobei Bewegungsenergie (egal ob Wasser oder heißer Dampf) in elektrische Energie umgewandelt wird.
• Diese Umwandlung wird durch einen Generator vorgenommen. Das Wort stammt übrigens aus dem Lateinischen, für "generare" erzeugen.
• Die Grundlage eines jeden Generators sind Magnetkraft und Bewegungsenergie.
• Jeder Magnet ist von einem (nicht sichtbaren) Kraftfeld umgeben. Auch elektrische Leiter, die von einem Strom durchflossen werden, entwickeln um sich herum solch ein Magnetfeld (und können dann kleinere Magneten beeinflussen). 
• Sobald ein solcher Magnet in einer Drahtspule bewegt wird, schlägt der Zeiger eines angeschlossenen Messgerätes aus - eine elektrische Spannung ist (kurzzeitig) entstanden.
• In der Physik wird dieser Vorgang als Induktion bezeichnet: Ändert sich ein Magnetfeld, so wird auf die Ladungen im Draht, die Elektronen, eine Kraft ausgeübt, der sie folgen. Es entsteht eine Spannung, da sich die Elektronen nun nicht mehr gleichmäßig im Draht verteilen.
• An den Enden der Spule bilden sich die beiden elektrischen Pole wie bei einer Batterie aus.
• Kehrt man die Bewegungsrichtung um, ändert sich die Kraftrichtung und damit auch die Polung der Spule.
• Durch fortwährende Umpolung entsteht so eine Wechselspannung.
• Eine praktische Anwendung dieses Prinzips kennen Sie mit Sicherheit: Nach ihm funktioniert nämlich Ihr Fahrraddynamo. Die Drehbewegung des kleinen oberen Rädchens dreht einen Dauermagneten, der von einer Spule umgeben ist. An den beiden Enden der Spule kann Strom zur Beleuchtung des Fahrrades abgenommen werden.

Generator - so funktioniert er

• Vom Fahrraddynamo ist es nicht mehr weit zum (natürlich wesentlich größeren) Generator: Auch er funktioniert nach dem Induktionsprinzip der Physik. 
• Der wesentliche Unterschied liegt in der Art des verwendeten Magneten: Im Generator dreht sich nämlich ein starker Elektromagnet. Dieser wird auch als Rotor oder Läufer bezeichnet.
• Für diesen rotierenden Elektromagneten benötigt man natürlich Gleichstrom, da nur damit ein Magnetfeld mit gleichbleibender Polung erzeugt werden kann.
• Diesen Gleichstrom liefert die sog. Erregermaschine, die durch dieselbe Welle mechanisch angetrieben wird wie der Rotor.
• Um den Elektromagnenten herum sind die Spulen angebracht. Da sich diese nicht bewegen, wird dieser Teil des Generators auch als Stator bezeichnet.
• Im Allgemeinen sind mehrere große Spulenpakete (meist drei für Drehstrom) innen durch eine Ringleitung miteinander verbunden, schließlich will man starke Ströme erzeugen.
• Am anderen Ende führt jeweils ein Leitungsdraht direkt nach außen.