Der Gleichstrom-Elektromotor
In vielen techischen Geräten kommen Gleichstrom-Elektomotoren zum Einsatz. Für die Realisierung einer dauerhaften mechanischen Drehbewegung mit Hilfe von elektrischen Strömen wird häufig eine Bauprinzip verwendet, wie er im Folgenden vorgestellt wird.Beim Elektromotor bezeichnet man die festen Bauteile wie Magnet, Stromzuführung und Schleifkontakte (Kohlebürsten) als Stator. Die beweglichen Bauteilen werden unter dem Begriff Rotor zusammengefasst. Der Rotor besteht aus einem Kommutator (Stromwender) und einer Spule, die zur Verstärkung des von ihr erzeugten Feldes über einen Eisenkern gewickelt ist.
 Simulation anzeigen |
|
Hinweise zur Simulation
Aus Gründern der Übersichtlichkeit wird darauf verzichtet die vielen Wicklungen einer Rotorspule und den Eisenkern darzustellen. Stattdessen wird nur eine Leiterschlaufe gezeigt. Arbeitsaufträge
|
Fließt durch die Spule Strom, so erzeugt diese ein Magnetfeld und der Rotor richtet sich im äußeren Magnetfeld aus, da sich die ungleichnamigen Pole gegenseitig anziehen. Stehen sich diese exakt gegenüber, wäre die Bewegung abgeschlossen. Nun polt der Kommutator genau in diesem Moment die Stromanschlüsse um, so dass sich Stromrichtung umkehrt. Dadurch ändern sich das von der Spule erzeugte Magnetfeld und die Rotationsrichtung wird beibehalten. Für den kurzen Augenblick in dem der Kommutator den Stromkreis unterbricht sogt die Trägheit des Rotors für ein Anhalten der Drehbewegung über diesen Totpunkt hinaus.
Die obige Erklärung greift nur auf die Anziehung zwischen ungleichnamigen Magnetpolen als Erklärung zurück. Die folgende Simulation soll die Frage klären, wie die Vorgänge mit Hilfe der Kraftwirkung auf eine stromdurchflossene Leiterschleife bzw. atomistisch mit der Lorentzkraft zu deuten sind.
 Simulation anzeigen |
|
Hinweise zur Simulation
Ein Abschnitt der Leiterschlaufe ist heller gezeichnet als die übrigen. Die Vorgänge in diesem Bereich des Leiters kannst du auf Wunsch über die Option "Atomistische Deutung" sehen. Arbeitsaufträge
|
An den Rotor könnte man nun z.B. einen Faden befestigen, der aufgewickelt wird und dabei ein Gewicht nach oben zieht. Damit haben wir einen Möglichkeit gefunden elektrische Energie in mechanische umzuwandeln.
Exkurs: Der einfachste Elektromotor der Welt
Um einen Elektromotor zu bauen ist nicht immer eine Spule und ein Kommutator nötig. Im unteren Bild siehst du die Teile, aus denen sich ein ganz einfacher Motor zusammenfügen lässt.
  Video anzeigen |
|
Hinweise
Für den einfachen Motor wird kleiner Magnet ( Supermagnet ) verwendet, der denoch eine große magnetische Feldstärke hat. Um die Drehbewegung nachher besser erkennen zu können, wurden noch zwei gekreuzte Papierstreifen unten angeklebt. Seine Polung und die der Batterie ist angegeben. Auf dem Bild daneben, siehst du wie der Motor zusammengesetz aussieht. Das untere Ende des Kabels wird beim Betrieb seitlich links an den Supermagnet gehalten. Arbeitsaufträge
|
Zusammenfassung
Beim normalen Gleichstrom-Elektromotor sorgt ein Kommutator für das Umpolen der Stromrichtung im Totpunkt, so dass eine dauerhafte Drehbewegung entsteht. Dabei wird die aufgenommene elektrische Energie in mechanische umgewandelt.
