2.9 Elektromotorische Kraft pptx

Elektromotorische Kraft
Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der
Haupt- und Realschule
Universität Augsburg
Didaktik der Physik
1
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.
2
Leiterschaukel
Kräfte auf Ströme im Magnetfeld:
1. Magnetfeld eines äußeren Magneten
2. Bewegung der Elektronen
3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft)
.
3
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
4
Richtung und Größe der Lorentzkraft
UVW-Regel:
Ursache:
Vermittlung:
(Kraft)Wirkung:
Strom(richtung)
→ Daumen
Magnetfeld
→ Zeigefinger
Bewegungsrichtung → Mittelfinger
U
V
W
5
Linke oder rechte Hand?
-
+
-
+
physikalische Stromrichtung
-
+
linke Hand
technische Stromrichtung
-
+
rechte Hand
6
Zurück zur Leiterschaukel
.
W
FFLL
V
B
U
FG1
FG2
FL
7
Pfeildarstellung in der dritten Dimension
Zweidimensionale Darstellung:
Dreidimensionale Darstellung:
- Eines Pfeils, der zum Betrachter hin zeigt:
- Eines Pfeils, der vom Betrachter weg zeigt:
8
Verschiedene „räumliche“ Darstellungen
Strom ┴ Ebene
Perspektivisch
-
+
physikalische
Stromrichtung
oder
B ┴ Ebene
+
-
technische
Stromrichtung
F
B
B
B
9
Anwendungsbeispiel: Lautsprecher
F
F
Membran
Zentrierspinne
S
N
S
Korb
Magnet
Schwingspulen
Polkern mit unterer Polplatte
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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
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Drehspulinstrument
(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
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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.
Fe
-
+
Wenn man zusätzlich einen Eisenkern
verwendet, wird das magnetische Feld
um ein Vielfaches stärker.
Der Richtungssinn der Feldlinien kann
mit der Faustregel bestimmt werden!
13
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
Merkregel (2):
N
technische Stromrichtung!
-
+
14
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Umfasst man mit der Faust die Spule und zeigen
dabei die Finger in Stromrichtung, so zeigt der
Daumen zum Nordpol.
+
N
-
Merkregel (3):
S
Dabei gilt wieder: Linke Hand für physikalische Stromrichtung,
rechte Hand für technische Stromrichtung!
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Spule im Magnetfeld
Die Spulenbewegung lässt sich über das Magnetfeld der Spule bestimmen:
S
N
S
N
Elektronenbewegung
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Elektromotor
Um eine fortlaufende Drehbewegung zu erhalten,
benötigt der Motor einen selbstregelnden,
drehfähigen Anschluss (Kommutator).
(1)
(2)
(3)
17
Verschiedene Formen von Elektromotoren
Anker
Stator
permanenterregter Gleichstrommotor
(Scheibenwischermotor Trabant)
Bürstenhalter
Reihenschlussmotor
(Antrieb der Radialturbine eines Staubsaugers)
Eisenbahnmotor
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Hall-Effekt
Edwin Herbert Hall
1855-1938
d
b
EH
-
UH
19