Das Dynamoprinzip

Das Konzept einer Dynamomaschine geht auf  Michael Faraday (1791-1867) zurück. Faraday, der Sohn eines armen Schmieds, nahm zunächst eine Buchbinderlehre auf  und lernte autodidaktisch, indem er Bücher las, die zum Neubinden gegeben wurden. Später sollte er einer der exzellentesten Wissenschaftler Britanniens werden und berühmt für seine genialen Einfälle und populären Vorlesungen. Faraday entdeckte, daß durch die Bewegung eines Magneten in der Nähe eines geschlossenen Stromkreises oder die Änderung der magnetischen Feldstärke, die diesen durchdrang, ein elektrischer Strom "induziert" werden konnte. Auf dem  Prinzip der "elektromagnetischen Induktion"  basieren alle elektrischen Generatoren, Transformatoren und viele andere Geräte.
 
 

Der Scheibendynamo Faradays

Faraday zeigte noch einen anderen Weg zur Erzeugung elektrischen Stroms: die Bewegung eines elektrischen Leiters in einem ruhenden Magnetfeld. Auf diesem Prinzip arbeitete sein Scheibendynamo. Er bestand aus einer leitenden Scheibe, die sich in einem Magnetfeld drehte -- in der Zeichnung oben angetrieben durch einen Riemen und die Riemenscheibe links. Der elektrische Stromkreis wurde durch fest installierte Drähte geschlossen, deren Schleifkontakte am Rand und an der Achse der Scheibe aufsetzten (in der Zeichnung rechts). Dies ist vielleicht kein sehr praktisches Design für einen Dynamo (es sei denn, man möchte sehr große Ströme bei sehr kleinen Spannungen erzeugen) - doch in den großen Dimensionen des Universums werden vermutlich die meisten Ströme durch Bewegungen dieser Art produziert.
 

Das Experiment an der  Waterloo Bridge

Faradays bewegter Stromleiter war fest (z.B. eine Kupferscheibe), doch eine zirkulierende Flüssigkeit kann ebenso Ströme hervorrufen. Faraday war sich der Möglichkeit solcher "Flüssigkeitsdynamos" bewußt, und versuchte demzufolge den elektrischen Strom zu messen, der durch den Fluß der Londoner Themse im Erdmagnetfeld erzeugt wurde. Er spannte einen Draht über die Waterloo Brücke in London (Zeichnung), tauchte dessen Enden in den Fluß und versuchte die induzierte Elektrizität zu messen (gebogene Linie kleiner Pfeile). Kleine Spannungen, die durch chemische Prozesse hervorgerufen wurden, verhinderten die Beobachtung des Effektes - doch im Prinzip war die Idee richtig.

Faraday spekulierte (fälschlicherweise) daß der Golfstrom im Atlantischen Ozean irgendwie elektrisch an die Hochatmosphäre gekoppelt sei und auf diese Weise zu einer elektrischen Entladung führte, die (seiner Meinung nach) im Polarlicht (Nordlicht) ihren Ausdruck fand.

Einige ungewöhnliche Beispiele für Prozesse, die auf dem Dynamoprinzip beruhen finden sich auf den Webseiten über  den Dynamo des Jupitermonds Io und über das ein Experiment mit dem Space Shuttle und einem 20 km langen leitende Seil (Tether).

Auf den ersten Blick sieht das aus wie die "Geschichte vom Huhn und dem Ei": um ein Huhn zu produzieren, braucht man ein Ei, doch um ein Ei zu produzieren wiederum ein Huhn - was war also zuerst da? Ganz ähnlich benötigt man ein magnetisches Feld, um einen Strom zu erzeugen, doch für das magentische Feld braucht man zunächst einen Strom. Wo fängt das also an? Genaugenommen existieren schwache magnetische Felder fast überall, und diese würden durch den Dynamoprozeß kontinuierlich verstärkt. Daher besteht eigentlich kein Problem. 

Man könnte beispielsweise zwei Faradaysche Dynamos verbinden, jeder davon würde den Strom für das Magnetfeld des anderen liefern. Sie könnten (im Prinzip) einen machbaren selbst-erregenden Dynamo bilden, der seine Energie aus einer beliebigen Kraft bezieht, welche die Scheiben antreibt. Ob jedoch ein Flüssigkeitsdynamo so ein Verhalten zeigen könnte -- z.B. Wirbel von flüssigem Quecksilber in einem Tank -- ist eine bedeutend schwierigere Frage, und es brauchte Jahrzehnte um sie zu beantworten.

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