Elektromotorische Kraft Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule Foto: Christian Weiss Universität Augsburg Didaktik.

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1 Elektromotorische Kraft Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule
Foto: Christian Weiss Universität Augsburg Didaktik der Physik

2 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Ist die Bewegungsrichtung der Elektronen bekannt, kann mit der „Faustregel“ der Richtungssinn der Feldlinien ermittelt werden. 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

3 . Leiterschaukel Kräfte auf Ströme im Magnetfeld:
1. Magnetfeld eines äußeren Magneten 2. Bewegung der Elektronen 3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft) .

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

5 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 Linke oder rechte Hand? + - + - + - + - physikalische Stromrichtung
linke Hand + - Hände links: Cornelsen; Hände rechts: Löbhard Andreas technische Stromrichtung + - rechte Hand

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

8 Pfeildarstellung in der dritten Dimension
Zweidimensionale Darstellung: Dreidimensionale Darstellung: - Eines Pfeils, der zum Betrachter hin zeigt: - Eines Pfeils, der vom Betrachter weg zeigt:

9 Verschiedene „räumliche“ Darstellungen
Perspektivisch Strom ┴ Ebene B ┴ Ebene physikalische Stromrichtung - + - + oder technische Stromrichtung B F B B

10 Anwendungsbeispiel: Lautsprecher
F Korb Magnet Membran Zentrierspinne Schwingspulen Polkern mit unterer Polplatte

11 Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld
1. Magnetfeld eines äußeren Magneten 2. Bewegung der Elektronen 3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft) W U V V U W + -

12 Drehspulinstrument Foto links: Andreas Löbhard
(1) Weicheisenkern (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.

13 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
(= Elektromagnet) Spule = Addition mehrerer Leiterschleifen Die magn. Feldlinien jedes einzelnen Leiters sind konzentrische Kreise. S N Die einzelnen Feldlinien überlagern sich, was dann zum typischen Feldlinienverlauf einer Spule führt. Das Feld im Inneren einer relativ langen Zylinderspule ist homogen. - + Wenn man zusätzlich einen Eisenkern verwendet, wird das magnetische Feld um ein Vielfaches stärker. Fe Der Richtungssinn der Feldlinien kann mit der Faustregel bestimmt werden!

14 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Betrachtet man die Spulenenden, kann auch über eine einfache Merkregel der Richtungssinn der Feldlinien und damit auch die magn. Pole bestimmt werden: Merkregel (1): „Bewegen sich in dem uns zugewandten Ende der Spule die Elektronen im Uhrzeigersinn dann liegt dort ein Nordpol, im anderen Fall ein Südpol.“ S N S technische Stromrichtung! - + Merkregel (2):

15 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Merkregel (3): Umfasst man mit der Faust die Spule und zeigen dabei die Finger in Stromrichtung, so zeigt der Daumen zum Nordpol. - + N S Dabei gilt wieder: Linke Hand für physikalische Stromrichtung, rechte Hand für technische Stromrichtung!

16 Spule im Magnetfeld S N S N
Die Spulenbewegung lässt sich über das Magnetfeld der Spule bestimmen: N S S N Elektronenbewegung

17 Elektromotor Um eine fortlaufende Drehbewegung zu erhalten,
benötigt der Motor einen selbstregelnden, drehfähigen Anschluss (Kommutator). Applet: Bild (1), (2), (3): Cornelsen 9/I, S. 143 (1) (2) (3)

18 Verschiedene Formen von Elektromotoren
Anker Stator permanenterregter Gleichstrommotor (Scheibenwischermotor Trabant) Eisenmahnmotor: Johann Köberl Restliche Bilder: Ulf Seifert, Bürstenhalter Reihenschlussmotor (Antrieb der Radialturbine eines Staubsaugers) Eisenbahnmotor

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