Was ist ein Elektromotor?

Transkript

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2 Was ist ein Elektromotor? Ein elektrischer Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Wenn wir uns einen Gleichstrommotor näher anschauen, finden wir in dessen Gehäuse einige Komponenten, die auch bei anderen Schrotty-Experimenten vorkommen. In der Abbildung siehst du beispielsweise einen Permanentmagnet, der ein statisches Magnetfeld aufbaut. Im Inneren des Motors befindet sich ebenso eine Welle, die rotieren kann. Das ist auch die Welle, die nach außen geführt wird und an der du zum Beispiel ein Zahnrad anstecken kannst, um etwas in Bewegung zu versetzen. Aber wie kann sie diese Welle nun bewegen? Wie wird sie in Rotation gebracht? Direkt bei der Welle findest du auf der Abbildung des Innenlebens des Motors, eine Wicklung aus sehr feinem Draht. Wird nun eine Spannungsquelle, wie beispielsweise eine Batterie an die beiden Kabel des Gleichstrommotors angeschlossen, fließt elektrischer Strom durch diese Drahtspule. Wenn elektrischer Strom durch einen Draht fließt, entsteht auch ein Magnetfeld. Dieses Phänomen wird Elektromagnetismus genannt. Somit befinden sich im Inneren des Motors nun zwei Magnetfelder. Jedes der Magnetfelder besitzt einen Nord- und einen Südpol. Die beiden Nordpole sowie die beiden Südpole dieser beiden Magnetfelder, versuchen sich nun gegenseitig abzustoßen. Da ein Magnetfeld fest mit dem Gehäuse (Permanentmagnet außen) und das zweite Magnetfeld fest mit der Welle, die sich drehen kann, verbunden ist, setzt sich die Welle in Rotation. Quelle 1: ycle_2.png Welche Arten von Elektromotoren gibt es? Motoren findest du in vielen elektrischen Geräten. Zum Beispiel sorgen Elektromotoren in Kassettenspielern, Walkmans und Videorekordern dafür, dass die Bänder in den Kassetten bewegt werden und du etwas hörst oder etwas siehst. Auch ferngesteuerte Autos benötigen Motoren, damit sie fahren können. Und wenn wir schon beim Fahren sind: auch Lokomotiven der Eisenbahn, die sich mit elektrischer Energie bewegen, benötigen Elektromotoren. In diesen Lokomotiven müssen die Motoren sehr groß sein, damit sich auch genug Kraft haben, dich und deine Familie ans Ziel zu bringen. Aber es geht auch viel kleiner. In Mobiltelefonen sind auch Motoren verbaut. Hier sind es die sogenannten Vibrationsmotoren. Motor vs. Generator Schrotty Seite 2 8

3 Was ist ein Generator? Ein Generator erzeugt elektrischen Strom. Generatoren kommen beispielsweise in Kraftwerken zum Einsatz, die relativ umweltfreundlich Energie erzeugen. In Wasserkraftwerken und Windkraftwerken sind unterschiedlichste Generatoren zu finden. Auch wenn der Generator im Unterschied zum Elektromotor Strom erzeugt, ist er diesem gar nicht so unähnlich. Beide bestehen prinzipiell aus denselben Bauteilen. Auch ein Generator hat eine bewegliche Welle, auf der Wicklungen aus feinem Draht angebracht sind. Um diese Welle herum befindet sich wiederum ein Permanentmagnet. Der Unterschied ist nun, dass die Welle durch eine andere Energie von außen angetrieben wird. Diese äußere Energie kann zum Beispiel die Rotationsenergie eines Windrades bei einem Windkraftwerk sein. Wenn sich nun die Welle im Magnetfeld des Quelle 2: Permanentmagneten dreht, wird dadurch in den Wicklungen, die an der Welle fest angebracht sind, elektrischer Strom erzeugt. Dieser Strom ist jedoch ein Wechselstrom. Das bedeutet, er wechselt seine Polarität. Wird nun ein weiteres Bauteil, der sogenannte Kommutator angebracht, erzeugt der Generator einen pulsierenden Gleichstrom. Worum geht es bei dem Experiment? Lerne die Funktionsweise von Elektromotor und Generator selbst hautnah kennen! Wenn du dir die obige Beschreibung aufmerksam durchgelesen hast, ist dir sicher aufgefallen, dass es gewisse Unterschiede, aber auch viele Gemeinsamkeiten zwischen diesen beiden elektrischen Maschinen gibt. Die meisten Motoren können zum Beispiel auch als Generatoren verwendet werden. Und genau darum dreht sich das folgende Experiment. Experiment MotorGenerator... 4 Variationen... 7 Motor vs. Generator Schrotty Seite 3 8

4 Experiment MotorGenerator Welche Materialien brauche ich für das Experiment? 2 Elektromotoren 2 Krokoklemmen Welche Werkzeuge brauche ich? Messgerät (Multimeter oder Voltmeter) Wie baue ich alles zusammen? Schritt 1 Zuerst ist es sehr praktisch, zu testen, ob der Motor noch funktioniert und ob du ihn als Generator verwenden kannst. Nimm dazu einfach das Messgerät und stelle das Messgerät auf den Messbereich für Gleichspannung. Die folgenden beiden Bilder zeigen dir, wie das aussehen kann. Manchmal ist der Messbereich für Gleichspannung auch mit den Buchstaben VDC oder DCV beschriftet. Das bedeutet nichts anderes als Volt Direct Current. Wichtig ist auch, dass du die Messleitungen an den richtigen Buchsen ansteckst. Die schwarze Messleitung muss mit der Buchse Motor vs. Generator Schrotty Seite 4 8

5 am Messgeräte mit der Beschriftung COM verbunden sein. Die Buchse für die rote Messleitung ist meist mit dem Buchstaben V (für Volt) gekennzeichnet. Schließe danach die Messleitungen an die Kabel oder Kontakte des Elektromotors an. Stelle dabei sicher, dass sich dort, wo du die Messleitungen anschließt, kein isolierendes Material, wie beispielsweise die Ummantelung des Kabels, befindet. Drehe nun die bewegliche Welle des Motors so schnell du kannst. Beobachte währenddessen die Anzeige des Messgeräts. Auf diesem Display kannst du jetzt ablesen, wie viel elektrische Spannung du mit dem Motor, den du gerade als Generator benutzt, durch das Drehen der Welle erzeugst. Wird dir am Display keine Spannung angezeigt, kann es sein, dass der Motor defekt ist, oder du die Welle schneller drehen musst, um eine Spannung zu erzeugen. Verwende in diesem Fall besser einen anderen Motor für das Experiment. Denselben Test kannst du auch mit dem zweiten Motor durchführen. Motor vs. Generator Schrotty Seite 5 8

6 Schritt 2 Entferne nun die Messleitungen und verbinde beide Motoren mit den Krokoklemmen. Die Krokoklemmen müssen an den blanken Draht der Kabel angeklemmt werden. Das bedeutet, dass sich wie vorhin bei der Messung, an der Stelle, an der du die Krokoklemmen anbringst, kein isolierender Kunststoffmantel über den metallenen Drähten befinden darf. Wenn du jetzt die Welle eines Motors ganz schnell drehst, sollte sich auch die Welle des anderen Motors drehen. Dein Generator versorgt nun deinen Motor mit Spannung und Strom und dieser kann sich drehen. Falls sich der zweite Motor nicht bewegt, kann es sein, das dieser mehr elektrische Energie benötigt, als du durch Drehen der Welle des Generators bereitstellen kannst. Probiere in diesem Fall einfach einen anderen Motor aus. Immer mit den Fingern die Welle des Generators drehen ist nicht sonderlich praktisch. Versuche doch ein kleines Windkraftwerk zu bauen. Oder doch ein Wasserkraftwerk? Oder findest du einen Weg, die Welle des Generators auf eine ganz andere Art und Weise zu bewegen? Deiner Fantasie sind hier kaum Grenzen gesetzt. Schau dir doch die folgenden Fotos an. Bestimmt kommst du auf Ideen, wie du die Welle des Generators in Bewegung setzen kannst! Motor vs. Generator Schrotty Seite 6 8

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