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Aufgabe

Rotierende Leiterschleife

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)In der nebenstehenden Skizze sieht man eine drehbar gelagerte Leiterschleife zwischen den Polen eines Dauermagneten.

Gib die Drehrichtung der Leiterschleife an und begründe deine Antwort.

b)Warum würde sich bei gleichbleibender Polung die Leiterschleife nicht fortwährend drehen?

In welcher Stellung der Schleife muss umgepolt werden?

c)Durch welche Maßnahme wird in der Regel ein "automatisches" Umpolen der Leiterschleife erreicht?

Ergänze das erforderliche Bauteil (Schnittzeichnung genügt).

Zeichne auch die Anschlüsse (Bürsten) ein.

d)Testet man die in Teilaufgabe c) vorgeschlagene Anordnung in einem Realversuch, so wird sich die Leiterschleife in der Regel nicht in Bewegung setzten.

Gib hierfür eine Vermutung an und mache einen Vorschlag, wie die Anordnung abzuändern ist, damit es zu einer Rotation kommt.

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a)Die Schleife dreht sich im Gegenuhrzeigersinn.

Ursache: Strom (technische Richtung von Plus nach Minus)

Vermittlung: Magnetfeld von Nord nach Süd

Wirkung: Kraft auf stromdurchflossenen Leiter

b)Wenn sich die Leiterschleife um 90° gegenüber der in Teilaufgabe a) skizzierten Stellung gedreht hat, üben die Kräfte kein Drehmoment mehr aus (Totpunkt). In diesem Augenblick muss umgepolt werden, wenn eine fortwährende Drehung erreicht werden soll.

 

c)Man erreicht das "automatische" Umpolen, mit einem Polwender (Kommutator). Er besteht aus zwei elektrisch voneinander getrennten metallischen Halbringen, die auf einem zylindrischen Isolierkörper sitzen.

Die Stellung der Bürsten muss so gewählt werden, dass die Umpolung gerade dann stattfindet, wenn sich die Leiterschleife im Totpunkt befindet.

d)Die auf die Leiterschleife wirkenden magnetischen Kräfte sind zu gering um die Reibung zu überwinden.

Fügt man mehrere Leiterschleifen zu einer Spule zusammen, so vervielfacht sich die resultierende Kraft.

Wickelt man die Spule auf einen Eisenkern, so wird das Spulenfeld durch das Feld der im Eisen befindlichen und ausgerichteten Elementarmagnete verstärkt und somit die magnetische Kraft um eine Vielfaches erhöht.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Kraft auf Stromleiter - E-Motor