Elektromotorische Kraft

Präsentation zum Thema: "Elektromotorische Kraft"—  Präsentation transkript:

1 Elektromotorische Kraft
Foto: Christian Weiss

2 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Ist die Bewegungsrichtung der Elektronen bekannt, kann mit der „Faustregel“ der Richtungssinn der Feldlinien ermittelt werden. (Ch. Oersted 1820) Linke-Faust-Regel: Dabei zeigt bei der physikalischen Stromrichtung der Daumen der linken Hand in Stromrichtung, die Finger geben die Magnetfeldrichtung an. Die abgebildete Hand stammt aus: Natur und Technik Physik 9/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, Berlin; 2003; S. 133 Abbildung: Natur und Technik Physik 9/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, 2003

3 . Leiterschaukel Kräfte auf Ströme im Magnetfeld: Kraft FL = 1 N
Länge l = 1 m Strom I = 1 A Kraft FL = 1 N Stärke des Magnetfeldes: B = 1 T (Tesla) Kräfte auf Ströme im Magnetfeld: 1. Magnetfeld eines äußeren Magneten 2. Bewegung der Elektronen 3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft FL) .

4 Die Lorentzkraft Auf Elektronen (Ladungen), die sich in einem
Hendrik A. Lorentz ( ) Auf Elektronen (Ladungen), die sich in einem Magnetfeld bewegen, wirkt eine Kraft. Sie heißt Lorentzkraft FL. Sie wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen und senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfelds. Kathodenstrahlröhre: Ablenkspule v B FL Grafiken aus: Cornelsen, Natur und Technik Physik 9/I, Realschule Bayern, 2003, S. 168 bzw. 139; Foto Lorentz: Gemeinfrei aus

5 Masse des Elektrons me Fadenstrahlrohr Kräftegleichgewicht:
Bilder: Cornelsen, Natur und Technik Physik 9/I, Realschule Bayern, 2003, S. 145 Geschwindigkeit v über : mit Beschleunigungsspannung U0 Elementarladung e (Millikan-Versuch)

6 Richtung und Größe der Lorentzkraft
UVW-Regel: Ursache: Strom(richtung) → Daumen Vermittlung: Magnetfeld → Zeigefinger (Kraft)Wirkung: Bewegungsrichtung → Mittelfinger U Bilder: Cornelsen, Natur und Technik Physik 9/I, Realschule Bayern, 2003, S. 145 V W 6 6

7 Zurück zur Leiterschaukel
. W U V Elektronenflussrichtung FL B FL FG1 FG2

8 Anwendungsbeispiel: Lautsprecher
Kraft F bei Wechselstrom N S Dauermagnet N S Membran N S Zentrierspinne Korb Schwingspulen Polkern mit unterer Polplatte

9 Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld
1. Magnetfeld B eines äußeren Magneten 2. Bewegung v der Elektronen 3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft FL) FL v B „Totpunkt“ ist erreicht, wenn die Spulenwindung senkrecht steht. (Lorentz-Kräfte FL kompensieren sich und üben kein Drehmoment mehr aus.) B v FL + -

10 Drehspulinstrument Foto links: Andreas Löbhard
(1) Weicheisenkern vermindert magn. Widerstand homogenes Feld im Luftspalt (2) Permanentmagnet (3) Polschuhe (4) Skala (5) Spiegelskala (6) Rückstellfeder (7) Drehspule (8) Ruhelage (9) Maximalausschlag (10) Spulenkörper (11) Justierschraube (12) Zeiger (13) Südpol (14) Nordpol Foto links: Andreas Löbhard Das rechte Bild basiert auf dem Bild Moving coil instrument principle.png aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Der Urheber des Bildes ist Søren Peo Pedersen.

11 Spule im Magnetfeld S S N N
Die Spulenbewegung lässt sich über das Magnetfeld der Spule bestimmen (Linke-Hand-Regel): S N S N Elektronenbewegung

12 Elektromotor 1 - + Um eine fortlaufende Drehbewegung zu erhalten,
benötigt der Motor einen selbstregelnden, drehfähigen Anschluss (Kommutator, Kollektor). hier: Gleichstrommotor mit Dauermagnet Was passiert bei Wechselspannung ? Anker dreht bis in den „Totpunkt“ und bleibt dort stehen. Applet: Bild (1), (2), (3): Cornelsen 9/I, S. 143 - +

13 Elektromotor 2 - + ~ ~ Universalmotor
Stator ist kein Dauermagnet, sondern eine Spule. Anker- und Statorspule sind in Reihe (Reihenschluß) - + Gleichsspannung Statorspule bewirkt konstantes Magnetfeld wie ein Dauermagnet. ( = Gleichstrommotor mit Dauermagnet) Eisenmahnmotor: Johann Köberl Restliche Bilder: Ulf Seifert, ~ Wechselspannung Anker- und Statorspule polen gleichzeitig um, wodurch der Drehsinn konstant bleibt . „Totpunkt“ gibt es immer noch, in dem sich ungleichnamige Pole von Anker- und Stator gegenüberstehen (Abhilfe: Kommutator) ~ 13 13

14 Verschiedene Formen von Elektromotoren
Gleichstrommotor (Scheibenwischermotor Trabant) Eisenmahnmotor: Johann Köberl Restliche Bilder: Ulf Seifert, Wechselstrommotor (Reihenschlussmotor, Antrieb der Radialturbine eines Staubsaugers) 14 14

15 Reihenschluß-Elektromotor
Wechselspannung (AC): Haushaltsgeräte (Staubsauger, Mixer, Haartrockner, …) Werkzeuge (Bohrmaschine, Kreissägen, Hobel, Schleifmaschinen, …) Eisenbahn (bis 2003 in der Baureihe E 103, ab 1979 Drehstromtechnik mit E 120) Gleichspannung (DC) : Fahrzeug-Startermotoren (Autoanlasser, …) Golfwägen und Elektrofahrzeuge (Rollstuhl, …) Eisenmahnmotor: Johann Köberl Restliche Bilder: Ulf Seifert, E 103 E 120 15 15

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17 Hall-Effekt - b - UH - d EH + + Edwin Herbert Hall 1855-1938
Bildquelle: - UH