Elektromagnetismus - Elektromotor, Physikübungen

Aufbau und Funktionsweise eines Gleichstrom-Elektromotors. - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

Hilfe
  • Hilfe speziell zu dieser Aufgabe
    Der isolierte Kupferdraht liegt mit seiner isolierenden Schicht auf den Metalldrähten links und rechts auf.
  • Funktionsweise eines Gleichstrom-Elektromotors
    Der Elektromotor ist jeweils schematisch dargestellt. Man blickt gerade von vorne, in Richtung der Drehachse auf die Leiterschleife. Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand kann man jeweils die Lorentzkräfte (blau) auf die Leiterstücke in oder aus der Bildebene bestimmen.
    1. Die Leiterschleife steht senkrecht im Magnetfeld des Stators. Die Lorentzkräfte bewirken ein Drehmoment, dass die Leiterschleife gegen den Uhrzeigersinn rotieren lässt. Das Drehmoment ist hier maximal, da die Lorentzkraft jeweils senkrecht auf ihrem Hebelarm (Strecke vom Kraftangriffspunkt zum Rotationspunkt) steht.
    2. Die Leiterschleife dreht sich aufgrund der Lorentzkräfte weiter gegen den Uhrzeigersinn. Das Drehmoment ist jetzt kleiner, da die senkrechten Anteile der Lorentzkräfte auf die Hebelarme kleiner ist.
    3. Die Schleifkontakte berühren jetzt nur den isolierten Teil des Kommutators. Es fließt daher kein Strom. Aufgrund der Trägheit bewegt sich die Leiterschleife dennoch etwas weiter.
    4. Der Kommutator erreicht durch seine Bauform ein automatisches Umpolen. Daher dreht sich die Leiterschleife weiter gegen den Uhrzeigersinn. Es folgt nun wieder 1. usw.

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  • Lukas hat auf einer 1,5 V-Batterie einen Permanentmagneten angebracht und an den Anschlüssen der Batterie zwei gebogene Metalldrähte befestigt. Aus einem komplett isolierten Kupferdraht hat er eine kleine Spule mit 15 Wicklungen angefertigt, die er von oben in die gebogenen Drähte legt, damit sie sich drehen kann. Was passiert nun?
    graphik
    Die Spule dreht sich nicht.
    Die Spule dreht sich kontinuierlich im Uhrzeigersinn.
    Die Spule dreht sich kontinuierlich gegen den Uhrzeigersinn.
    Es fließt Strom.
    Es fließt kein Strom.
    Die Spule dreht sich nur um 90°.
    Notizfeld
    Notizfeld
    Tastatur
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Elektromotor - einfach erklärt - Aufbau und Funktionsweise - simplexy.de
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Gleichstrom-Elektromotor
Wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Im Magnetfeld eines festen Stators rotiert ein stromdurchflossener Leiter (Rotor, Anker) mithilfe eines Kommutators kontinuierlich in eine Richtung.
Beispiel:

Die Spannungsquelle (1) ist über zwei Kohlebürsten (2, Schleifkontakte) mit einem Polwender (3, Kommutator) lose verbunden. An den leitenden Teilen des Polwenders (orange) ist die Leiterschleife (4, Rotor) fest fixiert. Die Leiterschleife dreht sich im gleichbleibenden Magnetfeld des Hufeisenmagneten (5, Stator). Der Polwender dreht sich dabei mit.
Funktionsweise eines Gleichstrom-Elektromotors
Der Elektromotor ist jeweils schematisch dargestellt. Man blickt gerade von vorne, in Richtung der Drehachse auf die Leiterschleife. Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand kann man jeweils die Lorentzkräfte (blau) auf die Leiterstücke in oder aus der Bildebene bestimmen.
  1. Die Leiterschleife steht senkrecht im Magnetfeld des Stators. Die Lorentzkräfte bewirken ein Drehmoment, dass die Leiterschleife gegen den Uhrzeigersinn rotieren lässt. Das Drehmoment ist hier maximal, da die Lorentzkraft jeweils senkrecht auf ihrem Hebelarm (Strecke vom Kraftangriffspunkt zum Rotationspunkt) steht.
  2. Die Leiterschleife dreht sich aufgrund der Lorentzkräfte weiter gegen den Uhrzeigersinn. Das Drehmoment ist jetzt kleiner, da die senkrechten Anteile der Lorentzkräfte auf die Hebelarme kleiner ist.
  3. Die Schleifkontakte berühren jetzt nur den isolierten Teil des Kommutators. Es fließt daher kein Strom. Aufgrund der Trägheit bewegt sich die Leiterschleife dennoch etwas weiter.
  4. Der Kommutator erreicht durch seine Bauform ein automatisches Umpolen. Daher dreht sich die Leiterschleife weiter gegen den Uhrzeigersinn. Es folgt nun wieder 1. usw.