4.4 Zum Generator-Prinzip und zur Generator-Konstante
Wird nun die Pendelstange bewegt, kommt das Generatorprinzip
zum Zuge: in der Spule wird durch die Bewegung eine Spannung induziert,
die umso größer ist, je schneller das Pendel ausgelenkt wird. Bekanntlich
gilt:
Kraft · Weg = Arbeit = Spannung · Strom · Zeit
Umstellen liefert:
Da die induzierte Spannung proportional zur Geschwindigkeit ist, ist der Bruch eine Konstante. Benutzt man also das Pendel in einem Vorversuch als Stromwaage so, wie es die folgende Abbildung zeigt,
Abb.39: Statische Bestimmung der Generatorkonstanten S mit einer Stromwaage
weiß man, mit welcher Geschwindigkeit das Pendel
schwingt, wenn eine bestimmte Induktions-Spannung gemeßen wird:
.
Das folgende Diagramm gibt das Ergebnis einer solchen Messung wieder:
Abb.40: Meßung der Generatorkonstanten
Für unsere Horizontalseismographen gilt etwa:
S = 250 N/A = 250 Vs/m
Es gibt auch die Möglichkeit, die Generator-Konstante mit Hilfe einer Hall-Sonde dynamisch zu bestimmen. Dazu wird eine Hallsonde an der Pendelstange in Nähe des Magneten befestigt. In einem Vorversuch nimmt man mit einer Mikrometerschraube und einem genauen Voltmeter die Hallspannungswerte in Abhängigkeit von der Pendelauslenkung auf. Dann lässt man das Pendel ohne Zusatzdämpfung frei schwingen und registriert gleichzeitig Hallspannung und induzierte Spannung in der Seismographenspule. Das Hallspannungs-Signal wird umgerechnet in das zugehörige Auslenkungs-Signal. Im Rechner differenziert man das Auslenkungssignal und erhält so die Geschwindigkeit des Pendels in Abhängigkeit von der Zeit. Diese beiden Datensätze einer Messung am Nord-Süd-Seismographen der Station sind im folgenden Diagramm zu sehen:
Abb.41: Dynamische Bestimmung der Generatorkonstanten
Die Generatorkonstante S des Systems ist physikalisch
nichts anderes als
S = n · B · L,
wobei n die Anzahl der ins Magnetfeld eingetauchten Spulenwindungen,
L deren wirksame Länge
und B die Magnetfeldstärke ist.
| S | = F / J | = U / v | = n L B |
|---|---|---|---|
| Kalibrierung | Messung | Apparatur-Kenngrößen |
Wie nun aus dem Spannungssignal der Seismographenspule auf die Bodenbewegung geschlossen wird, dazu im nächsten Kapitel mehr.