Wieso braucht man Wechselstrom (Alternate Current), wo sich doch offensichtlich fast alle Probleme mit Gleichstrom (Direct Current) lösen lassen? So könnte man die Hochvoltbatterie eines Elektroautos direkt laden und bräuchte keinen Wandler von AC nach DC. Nach aller bisherigen Erfahrung geht das Laden auch wesentlich schneller.

Ja, aber z.B. im Elektroauto stoßen wir schon an eine Grenze, denn den Motor können wir nicht direkt mit Gleichstrom betreiben. Jeglicher Elektromotor braucht zumindest von der Wirkungsweise her einen DC/AC-Wandler. Und erzeugen können wir Gleichstrom auch nicht direkt, immer ist ein Umwandlungsprozess nötig. Nur zum Speichern, da ist Gleichstrom unbedingt nötig.

Strom entsteht in einem Magnetfeld, wobei es egal ist, wodurch dieses erzeugt wird, z.B. durch Permanentmagnete wie beim Fahrrad-Dynamo oder elektrisch, wie beim Generator im Kraftfahrzeug. Letzteres lässt sich mit einer oder mehreren stromdurchflossenen Spule(n) realisieren, die fest im Gehäuse des Generators eingebaut sind. Schon wenn man den einfachen, oben im Bild dargestellten Versuch durchführt, also der elektrische Leiter nur eine Hin- und Herbewegung ausführt, entsteht an seinen Enden schon ein Wechselstrom.

Übrigens haben die ersten Autofahrer/innen noch keine Generatoren zur Verfügung gehabt, obwohl doch schon bald genug Motordrehmoment übrig gewesen wäre, diese anzutreiben. Noch vor der bald aufkommenden elektrischen Beleuchtung galt eine ebensolche Zündung als Maß aller Dinge, die man sich bisweilen sogar, z.B. von Bosch, nachträglich installieren ließ. Aber es bedeutete auch, eine Batterie mitzunehmen und diese nach jeder Fahrt in der Regel im Haus aufzuladen.

Natürlich konnte es nicht dabei bleiben, dass man Wechselstrom durch hin- und hergehende elektrische Leiter erzeugte. Es musste ein Drehbewegung in das magnetische Feld eingebracht werden, was dann auch direkt schon zwei Kohlebürsten auf Schleifringen nötig machte, um die elektrische Energie von dem sich drehenden Leiter nach außen zu bringen. Gleichzeitig wurde der Leiter verlängert und zur Spule aufgewickelt, damit mehr elektrischer Strom pro Umdrehung entstand.

Den Innenteil eines solchen Generators nannte man Anker, die Art der Stromerzeugung führte man auf die sogenannte Induktion zurück. Das kommt aus dem Lateinischen und bedeutet so viel wie 'hineinführen'. So konnte man sich die Entstehung der elektrischen Energie im Draht besser vorstellen. Sehr wichtig für die dort erzeugte Elektrizität ist, dass sie zeitabhängig ist. Und wenn wir Transformatoren betrachten, so funktioniert die Induktion auch ohne sichtbare Bewegung.

Will die Wissenschaft etwas beschreiben, so darf man keine Schilderung erwarten. In der Regel kommt dabei eine mathematische Gleichung heraus. Wir haben hier Glück, denn immerhin wird zusätzlich eine Kurve gezeichnet, wodurch die Anschauung nicht ganz auf der Strecke bleibt.

Was bedeutet der 'Sinus' in dieser 'Sinusschwingung', den man vielleicht im Zusammenhang mit Dreiecken kennengelernt hat? In dem Bild unten soll sich ein Zeiger der Länge U₀ auf einer Kreisbahn durch alle vier Quadranten bewegen. In dem rechtwinkligen Dreieck ist der Sinus das Verhältnis von Gegenkathete des angezeigten Winkels zur Hypotenuse, die durch den umlaufenden Zeiger gebildet wird.

Dieser Sinus nimmt im ersten Quadranten erst stark und dann immer weniger zu. Wenn er sich durch die Quadranten 2, 3 und 4 dreht, bildet er auch weiterhin genau die oben gezeigte Kurve ab.

Hier dann die erste Gleichung:

U₀ ist der maximale Ausschlag, die Amplitude. Die Drehung ist gleichmäßig. ω ist die Drehzahl oder Kreisfrequenz.

Wenn T die Dauer einer Periode ist, also einer Schwingung in die eine und dann in die andere Richtung ist, dann ist ω die Anzahl von Schwingungen pro Sekunde, denn 2 π bezeichnet einen Vollkreis, also eine vollständige Schwingung. Die Einheit für ω ist 1/s, was stark an die Motordrehzahl erinnert, die allerdings auf die Minute bezogen ist. Das sind dann alle Größen, um die Höhe der Spannung nach einer bestimmten Zeit rechnerisch zu bestimmen.

Hier betrachten wir nur die Einheiten der Gleichung oben. U₀ wird also mit einem Faktor von -1 bis +1 multipliziert,