Physik 9 · Elektrizitätslehre

Elektromotor

Du blickst längs der Achse auf eine Spule im Magnetfeld. Fließt Strom, wirkt auf die beiden Spulenseiten je eine Kraft, die eine nach oben, die andere nach unten. Das dreht die Spule, aber nur bis sie senkrecht steht. Damit sie weiterläuft, polt der Kommutator den Strom in der Spule jede halbe Umdrehung um. Das Drehmoment M gibt an, wie stark die Spule gedreht wird: Kraft mal Hebelarm.

So gehst du vor

1Schalte den Strom ein. Schau, in welche Richtung die Kräfte zeigen und wie die Spule anläuft.
2Fasse die Spule mit dem Finger und drehe sie langsam. Im Diagramm läuft der Punkt mit: Wann ist M am größten, wann null?
3Stelle die Spule in den Totpunkt und lass los. Stoße sie dann an.
4Wechsle zu den Schleifringen. Dann bleibt die Spule fest mit Plus und Minus verbunden. Was passiert?
5Ändere Stromstärke, Windungszahl und Polung.

Die Pfeillängen sind nicht maßstäblich. Die Kräfte sind in jeder Stellung gleich groß, gestrichelt siehst du den Hebelarm: den Abstand der Kraft von der Achse. Der Kommutator sitzt vor der Spule, auf deiner Seite. Der Strom fließt von + nach −.

Verbindung zur Spule

Stromstärke I

1,5 A

Windungszahl n

Winkel

90 °

Umdrehungen je Sekunde

0,00

Drehrichtung: steht.

Drehmoment M über dem Winkel α

α ist der Winkel der Spule gegen die Senkrechte, gegen den Uhrzeigersinn. Bei 0° und 180° steht die Spule senkrecht. Positives Drehmoment dreht gegen den Uhrzeigersinn. Die kleinen Einschnitte bei 0°, 180° und 360° kommen von der Lücke im Kommutator: Dort ist der Strom kurz unterbrochen.

Aufträge

Stelle die Spule waagerecht und schalte den Strom ein. Prüfe mit der rechten Hand die Kraft auf die linke Spulenseite. Der Strom fließt dort ins Bild hinein.
Drehe die Spule mit dem Finger. Bei welchen Winkeln ist M am größten, bei welchen null? Begründe mit dem Hebelarm.
Stelle den Totpunkt ein und lass los. Läuft der Motor an? Stoße ihn an. Warum läuft er danach von selbst über den Totpunkt?
Wähle Schleifringe und starte bei waagerechter Spule. Beschreibe die Bewegung. Lies aus dem Diagramm ab, warum das so ist.
Erkläre in zwei Sätzen, was der Kommutator tut. Schau dir dafür die beiden Hälften des Rings an, wenn die Spule durch den Totpunkt läuft.
Wie kannst du die Drehrichtung umkehren? Wie den Motor schneller machen? Probiere beides aus.
Stelle n = 50 und I = 0,5 A ein. Der Motor bleibt nach kurzer Zeit stehen. Wo, und warum? Wie lösen echte Motoren das Problem?

Theorie: Kapitel „Elektromotor“. Die Richtung der Kräfte kommt aus der Drei-Finger-Regel.