Der Permanentmagnet-Gleichstrommotor (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Der Permanentmagnet-Gleichstrommotor (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Elektromotor und Generator Experiment: Der Permanentmagnet- Gleichstrommotor Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusätzliche Informationen Motoren, die eine geringe Leistung haben sollen, beruhen häufig auf dem Prinzip, dass ein Elektromagnet im Magnetfeld eines Permanentmagneten rotiert. Das Vorwissen der Schüler über Elektromagnete, Permanentmagnete und die Wechselwirkungen zwischen Magnetfeldern kann vorausgesetzt werden. Mit dem Modell von einem Permanentmagnet-Gleichstrommotors sollen die Schüler nun den prinzipiellen Aufbau und die Funktionsweise eines Elektromotors kennen lernen. Hinweise zum Aufbau und zur Durchführung Aufbau und Durchführung des Versuchs sind nicht schwierig. Aber es sollte darauf geachtet werden, dass die Spannung nur kurzzeitig 6 V und nicht mehr beträgt. Die Stromstärke bleibt dabei im Bereich von etwa 300 ma, doch aus Vorsicht wird der Messbereich 3 A empfohlen. Anmerkung Der untersuchte Motortyp kann nicht mit Wechselspannung betrieben werden.

2 Der Permaeeetmageet-Gleichstrommotor (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie fuektioeiert eie Elektromotor? Lege auf das Modell eines Elektromotors einen Permanentmagneten. Mache Dich mit dem Aufbau und der Funktionsweise eines Motors Bertraut.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Leitungs-Baustein, winklig, SB Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB Ausschalter, SB Magnet, l = 72 mm, stabförmig, Pole farbig Motormodell für SchülerBersuche Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A Vielfachmessinstrument, analog

4 Aufbau ued Durchführueg Aufbau Lege einen Dauermagneten auf das Modell des Motors (Bgl. Abb. 3). Baue den Versuch entsprechend der Abb. 1 und Abb. 2 auf. Der Schalter ist dabei geöffnet. Wähle einen Messbereich Bon 3 A. Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3

5 Durchführueg Schalte das Netzgerät ein und stelle es auf 5 V. Bringe den Rotor (Anker) des Motor-Modells in eine senkrechte Stellung und schließe den Schalter. Öffne den Schalter. Bringe den Rotor in eine waagerechte Stellung und schließe den Schalter wieder. Beobachten den Rotor und stoße ihn ggf. leicht mit der Hand an. Notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 1" im Protokoll. Variiere die Betriebsspannung bei laufendem Motor zwischen 4 V und 6 V. Achte dabei auf die Drehzahl des Motors. Notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 2" im Protokoll. Merke Dir die Drehrichtung des Rotors. Öffne den Schalter, lege den Magneten um (Lage der Pole Bertauschen) und schließe den Schalter wieder. Beobachte wieder die Drehrichtung des Rotors und Bergleiche sie mit der Borherigen Richtung. Notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 3" im Protokoll. Öffne den Schalter und Bertausche die Anschlüsse des Motors. Schließe den Schalter, beobachte die Drehrichtung nach Umkehrung der Stromrichtung im Rotor und Bergleiche sie mit der Borherigen Richtung. Notierre Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 4" im Protokoll. Stelle die Spannung auf 6 V und bremse den laufenden Motor durch Fingerdruck auf die Scheibe mit dem Kommutator (die Scheibe, auf die die Kohlestifte drücken) ab. Achte dabei auf den Ausschlag des Strommessers und notiere Deine Beobachtungen unter "Ergebnis - Beobachtungen 5" im Protokoll. Stelle das Netzgerät auf 0 V und schalte es aus.

6 Protokoll: Der Permaeeetmageet-Gleichstrommotor Ergebeis - Beobachtuegee 1 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen. Ergebeis - Beobachtuegee 2 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen.

7 Ergebeis - Beobachtuegee 3 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen. Ergebeis - Beobachtuegee 4 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen.

8 Ergebeis - Beobachtuegee 5 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen. Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Schau Dir an dem Modell des Motors die Vorrichtung genauer an, mit der der Strom über die Kohlestifte (Bürsten) zur Wicklung des Rotors und zurück geleitet wird. Sie ist ein unterbrochener Ring und heißt Kommutator. In der Abbildung sind vier Stellungen des Kommutators skizziert. Versuche mit ihrer Hilfe die Wirkungsweise des Kommutators zu beschreiben.

9 Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Der feststehende Teil des Motors heißt Stator. Warum muss dieser aus Eisen bestehen? Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Erkläre das Verhalten des Rotors bei der unter "Ergebnis - Beobachtungen 1" notierten Beobachtung.

10 Auswertueg - Frage 4 (10 Puekte) Erkläre die unter "Ergebnis - Beobachtungen 5" notierte Beobachtung.