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Ein Gleichstrommotor zum selber bauen


Selbstgebauter Gleichstrommotor
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Was wird gebraucht?

  • 1,5 Volt Batterie

  • 2 große Sicherheitsnadeln

  • ein etwa 1 Meter langer, dünner Kupferlackdraht, erhältlich im Baumarkt. Der Draht ist mit einer dünnen, isolierenden Lackschicht überzogen.

  • ein starker Magnet

Was ist zu tun?

Man nehme das Kabel und wickle es etwa 10 bis 15 mal um die Batterie. Dann nehme man diese Spule und knote die Enden des Kupferlackdrahtes rechts und links an Blank und Isoliertderselben fest.
Dann werden die Enden auf eine Länge von etwa drei Zentimetern gekürzt. Der Lack wird einseitig mit einem Taschenmesser oder Teppichmesser vom Draht gekratzt - also entweder nur oben oder nur unten (siehe Grafik).
Die Sicherheitsnadeln klemmt man mit einem Haushaltgummi an die Pole der Batterie, hänge den Draht in diese ein und hefte den Magneten zwischen Batterie und Spule. Dann stoße man die Spule an und beobachte, was passiert. Eventuell muss man den Magneten nochmals umdrehen oder die Drehrichtung der Spule im Magnetfeld ändern. Zusätzlich kann man noch einen weiteren Magneten über die Spule halten. Achtung: Der Draht wird nach kurzer Zeit heiss.


Was ist geschehen?

Grafik zum GleichstrommotorMit dem Kupferdraht erzeugt man in der Batterie einen Kurzschluss, so dass hohe Ströme durch die Drahtspule über dem Magneten fließen.
Auch bewegte Ladungen wie Elektronen erzeugen jedoch ein Magnetfeld wie in der Grafik rechts zu sehen. Entsprechend kommt es zur Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten und dem Magnetfeld der bewegten Ladungen.
In der Grafik ist auch zu sehen, was für Kräfte infolgedessen auf die Kupferdrahtspule wirken:
Fließt der Strom im Uhrzeigersinn, so wirkt auf den oberen Halbkreis eine Kraft nach hinten und auf den unteren Halbkreis eine Kraft nach vorne.
So ist auch zu verstehen, warum man den Lack nur auf einer Seite des Drahtes entfernen darf. Entfernt man den Lack auf beiden Seiten und dreht sich die Spule um 180 Grad, so fließt der Strom entgegen dem Uhrzeigersinn. Je nach Stromrichtung weist die Kraft dann einmal in die eine und einmal in die andere Richtung und hebt sich in ihrer Wirkung auf. Drei-Finger-RegelDie Spule käme schnell zum Stillstand.
Um dies zu vermeiden, wird die Lackschicht nur auf einer Seite des Drahtes entfernt.
In Gleichstrommotoren in Elektrogeräten und -fahrzeugen kommen üblicherweise Kommutatoren oder Stromwender zum Einsatz, damit der Strom nur in eine Richtung fliesst.
Die Kraft auf bewegte Ladung im Magnetfeld wird Lorentzkraft genannt. Um ihre Richtung zu ermitteln, wird die so genannte Drei-Finger-Regel angewendet (siehe Grafik links - die Pfeile stehen senkrecht aufeinander).



Dieses Phänomen im Alltag

Gleichstrommotoren, auch Kommutatormotoren genannt, kommen im Alltag überall zum Einsatz, vor allem, wenn man kleine Motoren benötigt oder Motoren, deren Drehzahl und Kraft leicht zu regulieren sein soll. Außerdem haben Gleichstrommotoren einen hohen Wirkungsgrad, was für batteriebetriebene Geräte günstig ist.


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Linktipps

Eine detaillierte Erklärung zum Gleichstrommotor ist beim Institut für Technik und ihre Didaktik an der Universität Münster zu finden.

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