78 4Elektromotoren – Bewegung durch Elektrizität Wie wandeln wir elektrische Energie in Bewegungsenergie um? Aikos Familie hat sich ein Elektroauto gekauft (Abb. 78.1). Aiko schaut unter die Motorhaube. „Wie soll denn das fahren? Da ist ja gar kein Motor drinnen!“ „Das Auto hat einen Elektromotor. Der ist kleiner als beim alten Auto und liegt tiefer zwischen den Rädern.“, (Abb. 78.6). „Und wie funktioniert so ein Motor?“ Die Kabelschaukel (Abb. 78.2) Hänge ein Kabel an Stativstangen so auf, dass es zwischen den Polen eines U-Magneten hängt. Schließe das Kabel an eine Gleichspannungsquelle (etwa 2–3V) mit Tastschalter. Wie verhält sich das Kabel, wenn du kurz den Schalter schließt? Was kannst du beobachten, wenn du die Richtung des Elektronenstroms oder des Magnetfelds änderst? Mach Notizen zu deinen Beobachtungen. Fließt elektrischer Strom durch das Kabel, so bildet sich um das Kabel ein Magnetfeld ( Seite 64). Das Magnetfeld des U-Magneten (Dauermagnet) beeinflusst das Magnetfeld um das Kabel. Dadurch beginnt sich das Kabel zu bewegen. Die Richtung wird mit der Drei-Finger-Regel bestimmt (Abb. 78.3). Wie sind Elektromotoren aufgebaut? Elektromotoren bestehen immer aus zwei Teilen: • Der Stator ist der unbewegliche Teil. Er enthält oft den Dauermagneten. • Der drehbare Teil des Motors heißt Rotor (von lat. rotare … drehen). Der Lorentzkraft-Motor (Abb. 78.4) Setze eine Schraube an einen zylinderförmigen Magneten (zB 10 x 5 mm). Die Schraubenspitze kannst du an den Minuspol einer AA-Zelle hängen. An den Pluspol hältst du ein Kabelstück. Die Kunststoffumhüllung des Kabels hast du vorher an beiden Enden entfernt. Berühre mit dem anderen Kabelende den Magneten seitlich, damit er sich dreht. Aus welchen Teilen wird hier der Stator und der Rotor gebildet? Erkläre die Drehung des Magneten mit der Drei-Finger-Regel (Abb. 78.3). 78.1 Ein Elektroauto wird geladen. V1 S N + – 78.2 Die Kabelschaukel Stativstange U-Magnet A1 Um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld. Befindet sich der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld eines anderen Magneten, so bewegt er sich. M Magnetfeld (N S) linke Hand Elektronenstrom Bewegung 78.3 Drei-Finger-Regel (linke Hand): Der Zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfelds (NS). Der Daumen zeigt in Richtung des Elektronenstroms (–+). Der Mittelfinger zeigt die Richtung der Bewegung des stromdurchflossenen Leiters an. Infobox: Die Ablenkung von bewegten elektrischen Ladungen in einem Magnetfeld wird nach Hendrik Lorentz (1853–1928) als „Lorentzkraft“ bezeichnet. 78.4 Der Lorentzkraft-Motor – Das Kabel dreht sich nach der Drei-Finger-Regel. N S Bewegung Elektronenstrom V2 A2 Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in Bewegungsenergie um. Er besteht aus dem unbeweglichen Stator und dem sich drehenden Rotor. M 78.5 Stator und Rotor beim Motor eines CD-Laufwerks Stator (Dauermagnet) Rotor (Elektromagnet) 78.6 Der Motor dieses Elektroautos sitzt zwischen den Vorderrädern. Ladeelektronik Leistungs- elektronik Elektromotor Ladeanschluss (230 V/400 V) Hochvoltkabel Lithium-Ionen- Hochvolt-Akku Arbeitsheftseiten 42–43 Film a4h859 Zusatzmaterial a6r2g6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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