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Elektromotor, Induktion

Skripte
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Elektromotor und Induktion

Der Elektromotor

Elektromotoren begegnen uns jeden Tag. Du findest sie zum Beispiel in Waschmaschinen, in einem Fön, im DVD Player und im Kühlschrank. Auch der Computer würde ohne ihn nicht funktionieren. Es ist heute also nahezu unmöglich darauf zu verzichten. Das Prinzip des Elektromotors besteht darin, elektrische Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln, um Dinge in Bewegung zu versetzen.

Aufbau

Der Elektromotor besteht außen aus einem permanenten Magneten, er ist mit den Gehäuse des Motors verbunden. Dieser kann sich nicht bewegen und wird auch als Stator bezeichnet. Im Inneren befindet sich ein Elektromagnet. Wenn du nochmal etwas darüber wissen möchtest, kannst du das im Skript Elektromagnet nachlesen. Der Elektromagnet ist eine Drahtschleife, auch Rotorspule genannt, die mit Strom durchflossen wird und so ein Magnetfeld entsteht. Sie ist über Drähte mit dem Kommutator verbunden. Der Kommutator wird benötigt, um die Stromrichtung zu ändern und als Konsequenz auch den Elektromagneten umzupolen. Der Elektromotor kann nur mit Wechselspannung funktionieren, denn damit sich ein Magnetfeld ändert, braucht man auch eine ständig wechselnde Spannung.
Abb. 1: Funktion des Elektromotors
Abb. 1: Funktion des Elektromotors

Funktion

Wenn Strom am Motor angelegt wird, fließt er durch den Elektromagneten und es wird ein Magnetfeld erzeugt. Er hat genau wie der Dauermagnet einen Nord- und Südpol. Nun beginnt sich der Rotor zu drehen, denn sein Südpol und der Nordpol des Dauermagneten ziehen sich an. Kurz bevor die Pole direkt untereinander stehen, die Drehung also zum Stillstand kommen würde, wird die Stomrichtung vom Kommutator geändert. Dies hat zur Folge, dass sich der Elektromagnet auch umpolt und es wieder zu einer Abstoßung der Pole kommt. Der Rotor bewegt sich wieder so lange, bis sich die entgegengesetzten Pole von Dauermagnet und der Spule fast erreicht haben. Damit der Motor dann nicht zum stehen kommt, setzt an dieser Stelle der Kommutator wieder ein und der Strom und somit auch der Magnet wird umgepolt.

Induktion

Der Elektromagnet ist ein Magnet, der erzeugt wird, wenn er von Strom durchflossen wird. Dieses Phänomen lässt sich auch umdrehen. Wenn sich ein Magnet in einer Spule bewegt, so fließt ein Strom und es wird eine Spannung induziert. Das bezeichnet man als elektromagnetische Induktion.
Du kannst das ganze in einem Versuch überprüfen. Wenn du eine Spule mit zwei Kabeln an ein Strommessgerät (Amperemeter), anschließt und dann einen Magneten in die Spule hinein bewegst, wird sich ein Ausschlag zeigen. Es fließt also ein Strom. Wenn ein Strom fließt, muss auch eine Spannung anliegen. Diese Spannung die induziert wird, wird auch Induktionsspannung $U_{\text{ind}}$ genannt. Der induzierte Strom wird Induktionsstrom $I_{\text{ind}}$ genannt.
Abb. 2: Bewegung eines Magneten in einer Spule
Abb. 2: Bewegung eines Magneten in einer Spule
Es reicht nicht, dass sich ein Magnet in einer Spule befindet, damit eine Spannung induziert wird. Es ist wichtig, dass sich Spule und Magnet gegeneinander bewegen und sich das Magnetfeld somit die ganze Zeit ändert. Entweder muss sich der Magnet in der Spule bewegen, oder die Spule außerhalb. Die Richtung der Magnet- oder Spulenbewegung ist verantwortlich dafür, in welche Richtung das Strommessgerät ausschlägt.
Genau wie beim Elektromotor, gibt es auch hier Faktoren, die den Effekt verstärken. Damit die Induktionsspannung vergrößert wird, muss die Windungszahl $n$ vergrößert werden oder ein stärkerer Magnet verwendet werden. Ein Eisenkern in der Spule begünstigt die Induktion ebenfalls. Die letzte Möglichkeit die induzierte Spannung zu vergrößern ist, den Magneten oder die Spule schneller zu bewegen.

Generator

Der Generatorbildet das Gegenstück zum Elektromotor, denn er wandelt Bewegungenergie in elektrische Energie um. Die Bewegungsenergie wird benutzt, um einen Magneten in eine Spule hinein und hinaus zu bewegen oder die Spule relativ zum Magneten zu bewegen. Somit wird eine Spannung induziert, die wir nutzen können. Da die Bewegungsrichtung von Magnet oder Spule ständig geändert wird, entsteht ein Strom der regelmäßig umgepolt wird. Dies wird als Wechselstrom bezeichnet.
Bildnachweise [nach oben]
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© 2016 – SchulLV.
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