Elektromotorische Kraft

Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule

Universität AugsburgDidaktik der Physik

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Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters

Linke-Faust-Regel: Ist die Bewegungsrichtung der Elektronen bekannt, kann mit der „Faustregel“ der Richtungssinn der Feldlinien ermittelt werden.

Dabei zeigt bei der physikalischen Stromrichtung der Daumen der linken Hand in Stromrichtung, die Finger geben die Magnetfeldrichtung an.

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Leiterschaukel

Kräfte auf Ströme im Magnetfeld:

.

1. Magnetfeld eines äußeren Magneten

2. Bewegung der Elektronen

3

3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft)

Die Lorentzkraft

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Sie wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen und senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfelds.

Auf Elektronen (Ladungen), die sich in einem Magnetfeld bewegen, wirkt eine Kraft. Sie heißt Lorentzkraft.

Kathodenstrahlröhre:

Ablenkspulen

UVW-Regel: Ursache: Strom(richtung) → Daumen

Vermittlung: Magnetfeld → Zeigefinger

(Kraft)Wirkung: Bewegungsrichtung → Mittelfinger

U

V

W

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Richtung und Größe der Lorentzkraft

Linke oder rechte Hand?

+

-

+-

+-

physikalische Stromrichtung

technische Stromrichtung

linke Hand

rechte Hand

+

-

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Zurück zur Leiterschaukel

W

U

VElek

tronen

flussr

ichtung

FL

B

.

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FG2

FG1

FL

FL

Pfeildarstellung in der dritten Dimension

- Eines Pfeils, der zum Betrachter hin zeigt:

- Eines Pfeils, der vom Betrachter weg zeigt:

Zweidimensionale Darstellung:

Dreidimensionale Darstellung:

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Verschiedene „räumliche“ Darstellungen

Perspektivisch Strom ┴ Ebene B ┴ Ebene

B B

F

+ - + -

technischeStromrichtung

physikalische Stromrichtung

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oder

B

Korb

Magnet

Membran

Zentrierspinne

Schwingspulen Polkern mit unterer Polplatte

Anwendungsbeispiel: Lautsprecher

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S SN

F F

Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld

V

U

W

V

UW

+-

1. Magnetfeld eines äußeren Magneten

2. Bewegung der Elektronen

3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft)

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Drehspulinstrument

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(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

- +

Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule

Der Richtungssinn der Feldlinien kann mit der Faustregel bestimmt werden!

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Spule = Addition mehrerer Leiterschleifen

Die magn. Feldlinien jedes einzelnen Leiterssind konzentrische Kreise.

Das Feld im Inneren einer relativ langenZylinderspule ist homogen.

Fe

(= Elektromagnet)

Wenn man zusätzlich einen Eisenkernverwendet, wird das magnetische Feldum ein Vielfaches stärker.

S NDie einzelnen Feldlinien überlagern sich,was dann zum typischen Feldlinienverlauf einer Spule führt.

Magnetfeld einer stromdurchflossenen SpuleBetrachtet man die Spulenenden, kann auch über eine einfache Merkregelder Richtungssinn der Feldlinien und damit auch die magn. Pole bestimmt werden:

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„Bewegen sich in dem uns zugewandten Ende der Spule die Elektronen im

Uhrzeigersinn dann liegt dort ein Nordpol, im anderen Fall ein Südpol.“

NS

Merkregel (1):

S

technische Stromrichtung!

- +

Merkregel (2):

Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule

15

-+

Merkregel (3): Umfasst man mit der Faust die Spule und zeigendabei die Finger in Stromrichtung, so zeigt derDaumen zum Nordpol.

Dabei gilt wieder: Linke Hand für physikalische Stromrichtung, rechte Hand für technische Stromrichtung!

SN

Spule im Magnetfeld

Die Spulenbewegung lässt sich über das Magnetfeld der Spule bestimmen:

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N

S

Elektronenbewegung

N

S

Elektromotor

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Um eine fortlaufende Drehbewegung zu erhalten, benötigt der Motor einen selbstregelnden, drehfähigen Anschluss (Kommutator).

(1) (2) (3)

Verschiedene Formen von Elektromotoren

Reihenschlussmotor(Antrieb der Radialturbine eines Staubsaugers)

permanenterregter Gleichstrommotor (Scheibenwischermotor Trabant)

Anker

Stator

Bürstenhalter

Eisenbahnmotor 18

Hall-Effekt

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UH

b

++++ + +

- -- - - - EH

-

+

+

+ ++

+

--

--

-

d

Edwin Herbert Hall 1855-1938