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Der Elektromotor

Warum sich ein Motor dreht — und was der Polwender damit zu tun hat, dass die Drehung nicht gleich wieder stoppt.

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Übungsaufgaben

Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.

A1
Du bist der Kommutator
AFB I

Die Leiterschleife eines Gleichstrommotors soll sich gegen den Uhrzeigersinn drehen. Zeichne für jede vorgegebene Stellung die passende Stromrichtung ein, indem du den Strom richtig polst.

Du bist der Kommutator: Drehe den Rotor in die gestrichelte Stellung (Rotor greifen und im Kreis ziehen oder ↺/↻) und pole den Strom mit „Strom umpolen“ so um, dass der Motor in Richtung des violetten Pfeils weiterdreht. Eine falsche Polung startet die Serie neu. Mit der Tastatur: Tab zum Rotor, ←/→ drehen, U polt um.

Die Seite rechts der Achse muss nach oben gedrückt werden (Strom heraus, ⊙), die Seite links nach unten (⊗). Wechselt eine Seite von rechts nach links, muss der Strom in ihr umgepolt werden – genau das erledigt der Kommutator.
Schau auf den Bezug unten: ⊙ wird nach oben gedrückt, ⊗ nach unten. Welche Seite muss für eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn nach oben?
Gegen den Uhrzeigersinn heißt: rechts nach oben, links nach unten. Die rechte Seite braucht also ⊙, die linke ⊗.
A2
Eine Umdrehung in Zeitlupe
AFB II

Die Leiterschleife eines Gleichstrommotors steht anfangs parallel zu den Feldlinien, dann wird eingeschaltet. Begründe Schritt für Schritt, wie die Drehung weitergeht.

Spiele den Rechenweg Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
    Kraft → Drehmoment → Totlage mit Schwung überwinden → Umpolen durch den Kommutator: Das wiederholt sich bei jeder halben Umdrehung.
    Denke an die beiden Seiten der Schleife: In ihnen fließt der Strom in entgegengesetzte Richtungen.
    In der Totlage hilft nur der Schwung weiter – und genau dann muss der Kommutator umpolen.
    A3
    Rechenkette
    AFB II

    Eine Bohrmaschine liegt an U = 230 V und nimmt I = 1,3 A auf. Sie gibt mechanisch Pmech = 250 W ab und läuft 60 s lang. Ermittle Schritt für Schritt die gesuchten Größen.

    Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
    1. zugeführte elektrische Leistung P_el W
    2. Verlustleistung P_el − P_mech W
    3. Wirkungsgrad η in Prozent %
    4. in 60 s als innere Energie abgegebene Energie J
    Von 299 W zugeführter Leistung werden 250 W zu Bewegung — die restlichen 49 W heizen Wicklung und Lager.
    Erst Pel = U · I, dann die Differenz zur mechanischen Leistung.
    η = Pmech : Pel; Energie = Verlustleistung · Zeit (W · s = J).