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Professor Pollino Teil 3: Magnete, elektrischer Strom und Elektromotoren

Lieber Elektronik-Fan, ich möchte Dir heute ein bisschen was über

Magnete, elektrischen Strom und Elektromotoren

erzählen und wie das alles miteinander zusammenhängt.

Anhand eines Experimentes bringe ich Dir das Thema näher. Und das Beste: Du kannst es ganz einfach nachbauen!

Professor Pollino 3
Zahnrad 1
Zahnrad 1

Wenn Du zwei Magnete zusammenbringen willst, wirst Du feststellen, dass sie sich entweder anziehen oder abstoßen. Dafur ist ein sogenanntes Kraftfeld verantwortlich, welches die Magnete um sich herum aufbauen.

Jeder Magnet hat zwei Pole – einen Nordpol (hier in rot) und einen Sudpol (hier grun). Unsichtbare Feldlinien (in der Abb. durch Pfeile dargestellt) fließen vom Nordpol zum Sudpol, wodurch das oben genannte Kraftfeld gebildet wird und so fur Anziehung oder Abstoßung sorgt.

Anziehende und abstoßende Scheibenmagnete. Was passiert hier auf diesem Bild? Die gedachten Feldlinien treten am Nordpol (N) aus und am Südpol (S) wieder ein. (siehe Pfeile)

Zahnrad 2

Als nachstes kommt nun der elektrische Strom ins Spiel. Aber was hat denn Magnetismus mit Strom zu tun?

Ganz einfach: Um jeden stromdurchflossenen Gegenstand (in unserem Beispiel ist es die Drahtspule) bildet sich ein Magnetfeld.

Das heißt, durch den Strom wird um den stromdurchflossenen Gegenstand (Drahtspule) ein Magnet-/Kraftfeld (mit Feldlinien) erzeugt, genauso wie beim Magneten.

Beim Magneten ist dieses Kraftfeld eben schon ohne die Hilfe von Strom vorhanden. Wenn das Magnetfeld erst durch den Strom entsteht, nennt man diesen Effekt „Elektromagnetismus“.

Zahnrad 2

Versuch ohne gedrückten Eingabetaster und Versuch mit gedrücktem Eingabetaster

Halte die Spule ganz knapp über den Scheibenmagneten dann ist die Wirkung maximal!

Zahnrad 3
Zahnrad 3

Baue nun folgenden kleinen Versuch auf, so wird Dir alles klarer:

Befestige die Drahtspule mit einem Draht und Klebestreifen an den Krokoklemmen, wie auf dem Bild zu sehen. Schließe nun die Krokoklemmen an die Batterie an, vergiss aber den Taster zwischen Krokoklemme und Batterie nicht. Halte jetzt die Drahtspule - so wie auf dem Bild zu sehen ist - über den Magneten. Nachdem Du den Taster betätigt hast, wirst Du feststellen, dass die Drahtspule auslenkt.

Vertauscht Du die beiden Leitungen an den Batteriepolen, geht die Auslenkung der Drahtspule in die andere Richtung. Du lernst daraus, dass eine stromdurchflossene Spule (Elektromagnet) genau so wirkt, wie ein Magnet aus Eisenwerkstoffen (Dauermagnet).

Zahnrad 4

Kommen wir nun zum Gleichstrom-Elektromotor:

Ein Elektromotor basiert auf dem Prinzip, das ich Dir gerade schon erklärt habe: Hier wird die Kraft, die von einem Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters ausgeht, in mechanische Energie, also Bewegung, umgewandelt.

Zahnrad 4
Zahnrad 5
Zahnrad 5

Fangen wir aber von vorne an:

Du hast bereits gelernt, dass sich Magnete anziehen oder abstoßen. Genau diese Kräfte nutzt man beim Elektromotor aus. Denn naturlich stoßen sich die gleichen Pole des Hufeisen-Magneten (hier in rot und grün) und die Pole der Spule gegenseitig ab.

Weil aber der Hufeisenmagnet („Stator“) fest ist und die Spule („Rotor“) beweglich, wird der Nordpol der Spule vom Nordpol des Hufeisenmagneten weggestoßen.

Die Südpole stoßen sich selbstverständlich auch gegenseitig ab. Die Spule setzt sich also in Bewegung. Nach einer halben Umdrehung stoppt die Bewegung aber und die Spule bleibt an einem toten Punkt hängen. Noch rotiert der Elektromotor nicht.

Prinzip-Zeichnung „Gleichstrom-Elektromotor mit Kommutator“

Zahnrad 6

Und so kommt die Spule ins Rotieren:

Zwischen Spule und Batterie (Batterie nicht zu sehen) wird ein Kommutator geschaltet, der für eine kurze Zeit den Stromfluss zwischen Spule und der Batterie unterbricht. Bei jeder halben Umdrehung vertauscht er dadurch auch die Richtung, in die der Strom durch die Spule fließt. Und somit werden bei jeder halben Umdrehung auch Nord- und Sudpol vertauscht.

Durch diesen Trick entsteht eine ständige Anstoßbewegung zwischen Magnet und Spule. Die Spule beginnt um ihre Achse zu rotieren. Der Gleichstrom-Elektromotor ist fertig!

Zahnrad 6
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