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Aufbau und Funktionsweise eines Elektromotors

Allgemeines über Elektromotoren

In vielen Geräten , v. a. in Haushaltsgeräten, sind heute Elektromotoren eingebaut, die elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandeln. Der Elektromotor ist deshalb ein wichtiges Lehrplanthema in Physik, da sein Funktionsprinzip auf zwei wesentlichen Grundprinzipien der Elektrizitätslehre und Magnetismus aufbaut. Der Elektromotor zeigt zudem, wie diese beiden "theoretische" Prinzipien sinnvoll im Alltag eingesetzt werden


Funktionsweise eines Elektromotors

Die Funktionsweise eines Elektromotors basiert zum einen auf dem Prinzip, dass ein stromdurchflossener Leiter ein Magnetfeld erzeugt. Zum anderen basiert der Elektromotor darauf, dass sich gleichnamige magnetische Pole (die sich gegenüberliegen) abstoßen. Auf diese "einfache" Weise kann Strom bzw. ein Stromfluss (= elektrische Energie) dazu verwendet werden, eine Bewegung zu "erzwingen". Daher werden Elektromotoren dazu verwendet, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln.


Aufbau eines Elektromotors

Im Wesentlichen besteht ein Elektromotor aus einer drehbar gelagerten Spule (mit einem Eisenkern), die über sogenannte Schleifkontakte an einen Stromkreis angeschlossen wird. Diese Spule wird vom Strom durchflossen und erzeugt so ein Magnetfeld. Da sich die Spule in dem magnetischen Feld eines Magneten befindet, wirken nun Kräfte auf diese Spule. Da diese Spule drehbar gelagert ist, dreht sich diese Spule und treibt damit über eine Achse bzw. eine Welle eine Bewegung an

Aufbau eines Elektromotors


Durch den Magneten (ein Dauer- oder ein Elektromagnet) wird im Elektromotor ein magnetisches Feld aufgebaut. In diesem magnetischen Feld ist eine Spule (mit einem Eisenkern, um die magnetische Wirkung zu verstärken) drehbar gelagert. Dieser Teil des Elektromotors wird auch als Rotor bezeichnet. Ist nun der Elektromotor an eine Stromquelle angeschlossen und Strom fließt, bildet sich an der Spule (dem stromdurchflossenen Leiter) ein Magnetfeld. Die Feldlinien bzw. die Polung dieses Magneten ist abhängig von der Stromrichtung (siehe Lorentz-Regel).

Da die Spule (als stromdurchflossener Leiter) ebenfalls von einem Magnetfeld umgeben ist, kommt es zur Wechselwirkung dieses Magnetfeldes mit dem Magnetfeld des Dauermagneten. So stoßen sich gleichnamige Pole ab bzw. ziehen sich ungleichnamige Pole an. Dadurch dreht sich die Spule soweit, bis die Wechselwirkung zwischen beiden "Magneten" zu keiner Drehbewegung mehr führt (dies ist der Fall, wenn die Spule die vertikale Position erreicht und sich ungleichnamige Pole gegenüberliegen - siehe obige Abbildung). In der Realität aber, stoppt die Drehbewegung nicht an der vertikalen Position, sondern etwas über der vertikalen Position (aufgrund des Schwungs der Spule).

Damit die Spule nun in gleicher Richtung weiterdreht (und nicht stehenbleibt oder in die vertikale Position vom Magnetfeld des Dauermagneten angezogen wird), muss nun die Polung des Magnetfeldes getauscht werden. Dazu wechselt man die Stromrichtung durch die Spule, so dass sich die Polung des Magnetfeldes umgekehrt. Sind die beiden magnetischen Pole vertauscht, kommt es wieder zur Wechselwirkung beider Magnetfelder, wobei die Spule sich um eine Halbdrehung weiterdreht (durch den Polungstausch befinden sich wieder gleichnamige magnetische Pole gegenüber, wodurch es zu einer Abstoßung und einer Drehbewegung kommt).

Dieser Ablauf findet periodisch statt. Es kommt zu einer Drehbewegung, bis sich ungleichnamige Pole gegenüberliegen (Halbdrehung). Dann erfolgt die Umpolung des Magnetfeldes, dass durch die stromdurchflossene Spule erzeugt wird. Da sich nun gleichnamige Pole gegenüberstehen, kommt es zu einer Abstoßung und einer Drehbewegung. Diese Drehbewegung entspricht einer Halbdrehung bis sich wieder ungleichnamige Pole gegenüberliegen.






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