So funktioniert ein Elektromotor
Ein Elektromotor nutzt die Kraft auf Leiter im Magnetfeld. Ein Kommutator sorgt dafür, dass die Drehung in dieselbe Richtung weitergeht.
Das lernst du heute
- Ich kann den Aufbau eines Gleichstrommotors beschreiben.
- Ich kann erklären, warum die Spule sich dreht.
- Ich kann die Aufgabe des Kommutators nennen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Kraft auf Leiter und Ladungen im Magnetfeld, Elektrische Leistung und Energiebedarf im Haushalt
Ein einfacher Gleichstrommotor hat einen Dauermagneten, eine drehbare Spule und einen Kommutator. Die Spule heißt Anker. Der Kommutator ist ein geteilter Ring. An ihm liegen Schleifkontakte an. Er führt den Strom in die Spule. Der Strom fließt in der einen Spulenseite hin und in der anderen zurück. Die beiden Seiten haben also entgegengesetzte Stromrichtungen. Deshalb wirken die Kräfte im Magnetfeld in entgegengesetzte Richtungen. Die Kraft drückt die eine Seite nach oben, die andere nach unten. Die Spule dreht sich. Steht sie senkrecht zu den Feldlinien, wirkt kein Drehmoment mehr. Die Kräfte drehen sie dann nicht weiter, nur ihr Schwung. Genau dann wechselt der Kommutator die Anschlüsse. Der Strom in jeder Spulenseite kehrt sich um, und damit auch die Kraft. Die Spule dreht sich in dieselbe Richtung weiter. Dieser Wechsel geschieht bei jeder halben Umdrehung. Mit mehr Windungen, stärkeren Magneten und mehr Strom wird die Kraft größer. Motoren mit mehreren Spulen laufen ruhiger. Elektromotoren wandeln elektrische Energie in Bewegungsenergie um. Der Wirkungsgrad ist oft deutlich höher als bei Verbrennungsmotoren. Man nutzt sie in Spielzeug, Waschmaschinen, Bahnen und Elektroautos. Versuche mit Motoren machst du nur mit Batterien, nie mit Netzspannung.
| Bauteil | Aufgabe |
|---|---|
| Dauermagnet | erzeugt das Magnetfeld |
| Spule (Anker) | dreht sich, wenn Strom fließt |
| Kommutator | kehrt die Stromrichtung bei jeder halben Umdrehung um |
| Schleifkontakte | führen den Strom zum Kommutator |
Eine Umdrehung verfolgen
- Strom fließt durch die Spule. Die Kräfte drehen die Spule.
- Die Spule steht senkrecht zu den Feldlinien. Das Drehmoment ist null.
- Der Kommutator wechselt die Anschlüsse. Der Strom kehrt sich um.
- Die Kräfte drehen die Spule in dieselbe Richtung weiter.
- Das wiederholt sich bei jeder halben Umdrehung.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Strom in der Spule: Kräfte drehen sie.
Kommutator: Strom umkehren zur richtigen Zeit.
So dreht sich die Spule weiter.
Ein Beispiel
Wie beim Fahrradfahren: Du trittst abwechselnd links und rechts, damit sich das Rad weiterdreht. Der Kommutator ist der Fuß, der im richtigen Moment wechselt.
Schritt für Schritt
Du erklärst die Drehung des Motors.
- Kräfte wirken entgegengesetzt auf beide Spulenseiten.
- Die Spule dreht sich.
- Wirkt kein Drehmoment mehr, kehrt der Kommutator den Strom um.
- Die Drehung geht weiter.
Mit einem Bild erklärt
| Änderung | Wirkung beim Motor |
|---|---|
| Batterie umpolen | Drehrichtung kehrt sich um |
| Mehr Windungen | größere Kraft |
| Stärkerer Magnet | größere Kraft |
Zur Grundlage zurück
- Kraft auf Leiter und Ladungen im Magnetfeld – Du kennst die Kraft auf Leiter im Magnetfeld.
- Elektrische Leistung und Energiebedarf im Haushalt – Du kennst die Leistung.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Was würde ohne ihn passieren?
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Lösung: Er kehrt die Stromrichtung bei jeder halben Umdrehung um.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Zeig mir den ersten Schritt
Was passiert mit der Kraft, wenn der Strom sich umkehrt?
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Lösung: Man polt die Batterie um.
Tipp: Ohne Kommutator würde die Spule nur ein Stück drehen und dann hin- und herpendeln.
Merksatz: Motor: Spule im Magnetfeld, Kräfte erzeugen Drehung. Der Kommutator kehrt den Strom um, damit die Drehung weitergeht.
Typischer Fehler: Viele glauben, der Motor drehe sich, weil das Magnetfeld sich dreht. Beim Gleichstrommotor dreht sich die Spule, der Magnet steht still.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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Lösung: die Spule
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Lösung: Stimmt nicht
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Lösung: ein stärkerer Magnet
Frage 4 Ein Motor nimmt 12 W elektrische Leistung auf und gibt 9 W mechanische Leistung ab. Wie hoch ist der Wirkungsgrad in Prozent?
Zeig mir den ersten Schritt
Abgegebene Leistung geteilt durch aufgenommene Leistung.
Lösung ansehen
Lösung: 75
9 : 12 = 0,75, das sind 75 %.
Geschafft
Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in Bewegungsenergie um. Das Zusammenspiel von Kraft und Kommutator hält die Drehung am Laufen.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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