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Universität Augsburg Didaktik der Physik

Elektromotorische Kraft Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule. Universität Augsburg Didaktik der Physik. Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters. Ist die Bewegungsrichtung der Elektronen bekannt, kann mit der „Faustregel “ der Richtungssinn

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Presentation Transcript

  1. Elektromotorische KraftWichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule Universität Augsburg Didaktik der Physik

  2. Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters Ist die Bewegungsrichtung der Elektronen bekannt, kann mit der „Faustregel“ der Richtungssinn der Feldlinien ermittelt werden. Linke-Faust-Regel: Dabei zeigt bei der physikalischen Stromrichtung der Daumen der linken Hand in Stromrichtung, die Finger geben die Magnetfeldrichtung an.

  3. Leiterschaukel Kräfte auf Ströme im Magnetfeld: 1. Magnetfeld eines äußeren Magneten 2. Bewegung der Elektronen 3. Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft) .

  4. 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

  5. UVW-Regel: Richtung und Größe der Lorentzkraft Ursache: Strom(richtung) → Daumen Vermittlung: Magnetfeld → Zeigefinger (Kraft)Wirkung: Bewegungsrichtung → Mittelfinger U V W

  6. Linke oder rechte Hand? physikalische Stromrichtung - + + - linke Hand + - technische Stromrichtung + - rechte Hand

  7. Zurück zur Leiterschaukel . W FL Elektronenflussrichtung FL V B FG1 U FG2 FL

  8. Pfeildarstellung in der dritten Dimension - Eines Pfeils, der zum Betrachter hin zeigt: - Eines Pfeils, der vom Betrachter weg zeigt: Zweidimensionale Darstellung: Dreidimensionale Darstellung:

  9. Verschiedene „räumliche“ Darstellungen Perspektivisch Strom ┴ Ebene B ┴ Ebene physikalische Stromrichtung - + - + oder technische Stromrichtung F B B B

  10. Anwendungsbeispiel: Lautsprecher F F Membran Zentrierspinne Korb S N S Magnet Polkern mit unterer Polplatte Schwingspulen

  11. 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

  12. 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

  13. 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. Wenn man zusätzlich einen Eisenkern verwendet, wird das magnetische Feld um ein Vielfaches stärker. Fe Der Richtungssinn der Feldlinien kann mit der Faustregel bestimmt werden! - +

  14. 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.“ technische Stromrichtung! S N S Merkregel (2): - +

  15. Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule Merkregel (3): Umfasst man mit der Faust die Spule und zeigen dabei die Finger in Stromrichtung, so zeigt der Daumen zum Nordpol. N S Dabei gilt wieder: Linke Hand für physikalische Stromrichtung, rechte Hand für technische Stromrichtung! - +

  16. Spule im Magnetfeld Die Spulenbewegung lässt sich über das Magnetfeld der Spule bestimmen: S N S N Elektronenbewegung

  17. Elektromotor Um eine fortlaufende Drehbewegung zu erhalten, benötigt der Motor einen selbstregelnden, drehfähigen Anschluss (Kommutator). (1) (2) (3)

  18. Verschiedene Formen von Elektromotoren Anker Stator permanenterregter Gleichstrommotor (Scheibenwischermotor Trabant) Bürstenhalter Reihenschlussmotor(Antrieb der Radialturbine eines Staubsaugers) Eisenbahnmotor

  19. Hall-Effekt + - - - + + - + + - + Edwin Herbert Hall 1855-1938 d EH b - - - - - - - UH + + + + + +

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