Grundwissen Elektrik – 9.Klasse - Julius-Echter

Grundwissen Elektrik – 9.Klasse
Vorwissen: Eigenschaften von Dauermagneten und Eigenschaften von elektrischen Ladungen
(siehe Natur und Technik, 7.Klasse)
Magnetische Felder: Der von den magnetischen Kräften durchsetzte Raum heißt magnetisches
Feld. Es kann durch Feldlinien veranschaulicht werden. Die Feldlinien geben
die Richtung der Kraft auf den Nordpol einer Magnetnadel an.
Feld eines Stabmagneten .........eines Hufeisenmagneten ............. einer Spule ....................... eines
Leiters
Rechte-Hand-Regel: Zeigt der Daumen beim Leiter in Stromrichtung von Plus nach Minus, so zeigen
die gekrümmten Finger der rechten Hand in Richtung der Magnetfeldlinien.
Kräfte auf bewegte Ladungen im Magnetfeld: Auf Ladungen, welche sich in einem magnetischen
Feld nicht parallel zu den Magnetfeldlinien bewegen, wird eine Kraft ausgeübt. Diese wird als
Lorentzkraft bezeichnet. Auf Stromdurchflossene Leiter werden so ebenfalls Kräfte ausgeübt, da
sich auf ihnen bewegte Ladungen befinden..
UVW-Regel der rechten Hand: Zeigt der Daumen der rechten Hand in Stromrichtung von Plus nach
Minus (Ursache) und der Zeigefinger in Richtung der Magnetfeldlinien (Vermittlung), so zeigt der
Mittelfinger in Richtung der Kraft (Wirkung).
Anwendung: Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie mit dem Elektromotor:
Eine stromdurchflossene Spule mit Eisenkern (der „Anker“ oder „Läufer“) befindet sich drehbar
gelagert zwischen den Polen eines „Feldmagneten“;
Beim Gleichstrommotor wird der Stromfluss durch die Spule jeweils im passenden Moment umgepolt
(Kommutator)
(vgl. leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09_g8/simulationen/02elektromotor/elektromotor.htm
Elektrische Felder: Der von den elektrischen Kräften durchsetzte Raum heißt elektrisches Feld. Es
kann (wie ein magnetisches Feld) durch Feldlinien veranschaulicht werden.
Diese zeigen an jedem Ort die Richtung an, in welcher sich eine positive
Ladung dort bewegen würde.
Feld einer
positiven Ladung
Feld einer
negativen Ladung
Feld von positiver
negativern Ladung
Feld von zwei
positiven Ladungen
Feld zweier verschieden
geladener Platten
Induktion
a) Induktion durch Bewegung: Bewegt man einen Leiter senkrecht zu den Feldlinien eines
magnetischen Feldes, so erfahren die auf dem Leiter vorhandenen Elektronen eine Kraft (Lorentzkraft)
und bewegen sich längs des Leiters, so dass im Leiter ein elektrischer Strom fließt bzw. zwischen den
Enden des Leiters eine elektrische Spannung entsteht.
UVW-Regel der rechten Hand: Zeigt der Daumen der rechten Hand in
Richtung der Bewegung (Ursache) und der Zeigefinger in Richtung
der Magnetfeldlinien (Vermittlung), so zeigt der Mittelfinger in
Stromrichtung von Plus nach Minus (Wirkung).
Elektronen bewegen sich dabei in die entgegen gesetzte Richtung!
Polung der induzierten Spannung
Praktische Anwendung findet dieses Prinzip beim Generator um mechanische Energie in elektrische
Energie umzuwandeln:
Ein Generator ist in der gleichen Weise wie ein E-Motor aufgebaut; es wird jedoch durch die
Bewegung des Läufers im Magnetfeld elektrischer Strom erzeugt.
(vgl. leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09_g8/simulationen/03generator/generator.htm)
b) Induktion durch Veränderung des Magnetfelds:
Befindet sich eine („Induktions“-) Spule im Magnetfeld eines Dauermagneten oder einer anderen von
Strom durchflossenen („Feld“-)Spule, so wird bei jeder Änderung des Magnetfelds eine elektrische
Spannung in der Induktionsspule induziert; Änderungen des Magnetfelds können hervorgerufen
werden durch
 Bewegung des Dauermagneten auf die Induktionsspule zu oder von ihr weg
 Aus- oder Einschalten des elektrischen Stroms in der Feldspule
 Veränderung der Stromstärke in der Feldspule
 Betrieb der Feldspule mit Wechselstrom
Für alle induzierten Ströme gilt die Lenz´sche Regel:
Der induzierte Strom ist stets so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegen wirkt.
Der Transformator:
In der Sekundärspule wird Spannung induziert.
Die Größe der Spannung hängt vom Verhältnis
der Windungszahlen ab.
U 1 N1

U 2 N2
bzw.
Wechselspannung U1
Wechselspannung U2
V
I1 N 2

I 2 N1
Primärspule
Sekundärspule