Elektromagnetismus - Elektromotor, Physikübungen

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

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  • 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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  • graphik
    Wie könnte Lukas die Drehrichtung seines Elektromotors ändern?
    Er könnte…
    den Permanentmagnet umdrehen.
    die Batterie umdrehen.
    die Spule umdrehen, sodass rechtes und linkes Ende vertauscht sind.
    die Spule im Totpunkt starten lassen.
    den Permanentmagnet und gleichzeitig die Batterie umdrehen.
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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.