© 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Nr. 6 | 35. Jahrgang. 2004 | Phys. Unserer Zeit | 273

E L E K T R O M O T O R | S PI E LW I E S E

sich der Klärung des Phänomens: Der sehr hohe Strom, dervon der Batterie durch das Kabel und den Magneten überdie Schraube zurück zur Batterie fließt, muss das Magnet-feld des Zylindermagneten passieren (Abbildung 2). Dabeiwird eine Lorentz-Kraft auf den Strom ausgeübt, die idea-lerweise zu einer Ablenkung senkrecht zur Strom- und zurFeldlinienrichtung des Magneten führt. Die Richtung fin-det man mit Hilfe der Fingerregel der rechten Hand heraus.Als Reaktion auf die Ablenkung des Stromes tritt eine Ge-genkraft auf. Die führt zu einem Drehmoment, das den Zylindermagneten in Rotation versetzt. Die Symmetrie derKonstellation wird dadurch nicht verändert, so dass die Bedingungen für eine kontinuierliche Bewegung, die Rota-tion, erhalten bleiben.

Dass diese Konstruktion zu einer schnellen Rotationführt, hat mehrere Gründe: Zum einen entsteht durch denfaktischen Kurzschluss eine große Stromstärke, und der eingangs empfohlene Magnet besitzt eine große Feldstärke.Zum anderen spielt die geringe Reibung zwischen der spit-zengelagerten Schraube und der Batterie sowie zwischendem Magneten und dem nur leicht touchierenden Leiter-kabel eine wichtige Rolle.

Dieses Spielzeug hat keine praktische Bedeutung, weildie Konstruktion instabil und der Wirkungsgrad gering ist.Dafür stellt es auf durchschaubare und nachvollziehbareWeise das Prinzip des ältesten Typs eines Elektromotorsdar, das Michael Faraday im Jahre 1821 beschrieben hat (Abbildung 3) [1]. Dabei fließt ein Strom über eine Spitzen-lagerung durch einen beweglich aufgehängten Draht,der sich im Feld eines Magneten befindet. Die Enden des Drahtes tauchen in ein Quecksilberbad ein, das den Stromableitet. Auf diese Weise kommt es auf ähnliche Weise zueiner Drehung des Drahtes wie bei unserem Freihandmo-tor. Quecksilber dient als metallischer und gleichzeitig flüs-siger Leiter, der möglichst reibungsarm den elektrischenStrom auf den Rotor überträgt.

Eine ganz ähnliche Konstruktion aus dem Jahre 1822geht auf Peter Barlow zurück. Dieses Barlowsche Rad, dassich in der einen oder anderen Realisation auch heute nochin physikalischen Sammlungen befindet,besteht im Wesent-lichen aus einer senkrecht drehbar gelagerten Scheibe, diesich mit ihrem Rand durch ein Bad aus Quecksilber bewe-gen kann.

Um die großflächige Reibung einer kreisrunden Schei-be weiter zu reduzieren, ist sie sternförmig gezackt. DasRad bewegt sich durch ein Magnetfeld, erzeugt von den Polen eines Hufeisenmagneten.

Beide Konstruktionen unterscheiden sich von unseremFreihandmotor nicht nur durch die komplizierte Strom-führung durch ein Quecksilberbad, sondern auch dadurch,dass stromdurchflossener Rotor und Magnet voneinandergetrennt sind.

Die hier diskutierten Versionen eines Elektromotorswerden in jüngster Zeit wieder unter dem Namen Mono-polar- oder Unipolarmotor unter verschiedenen Aspekteneiner möglichen Anwendung diskutiert [2].

Hier bewahrheitet sich ein Zitat des französischen Phy-sikers und Dichters Gaston Bachelard: Elektrische Experi-mente sind die klarsten und erfreulichsten unter all jenen,welche die Physik anbietet.

ZusammenfassungDas älteste Prinzip eines Elektromotors ist mit Hilfe modernerMaterialien als Freihandexperiment einfach demonstrierbar.Es kann in wenigen Sekunden im wahrsten Sinne des Wortes„frei aus der Hand“ realisiert werden und illustriert auf durch-schaubare Weise die Umsetzung von elektrischer in mecha-nische Energie. Diese Art des Elektromotors wird auch Mono-polar- oder Unipolarmotor genannt.

StichworteFreihandversuche, Monopolarmotor, Unipolarmotor, Fara-day, Barlowsches Rad.

Literatur [1] Müller-Poulliets Lehrbuch der Physik und Meteorologie,

Vieweg & Sohn 1914, S. 677

[2] J. Guala-Valverde, P. Mazzoni, R. Achilles, Am. J. Phys. 22000022, 70 (10), 1052

Die AutorenDie beiden Autoren sind Begründer unserer Reihe Spielwiese und schreiben seitvielen Jahren für unsere Zeitschrift.

Anschriften

Prof. Dr. H. Joachim Schlichting, Institut für Didaktik der Physik, Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 10, 48149 Münster.schlichting@uni-muenster.de

Dr. Christian Ucke, Technische Universität München, Physikdepartment E20,85747 Garching. Cucke@ph.tum.de

A B B . 3 | KO N S T R U K T I O N N AC H FA R A DAY Prinzip des ältes-ten Elektromo-tors, entworfenvon MichaelFaraday 1821(aus [1]).

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