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Elektromotor: Lorentzkraft oder Magnetismus?
 
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Juli123



Anmeldungsdatum: 04.03.2019
Beiträge: 1

Beitrag Juli123 Verfasst am: 04. März 2019 02:03    Titel: Elektromotor: Lorentzkraft oder Magnetismus? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo zusammen,
Der Gleichstrommotor wird häufig mithilfe eines Leiterrahmens in einem Magnetfeld erklärt, welcher sich dann durch die Lorenzkraft in Bewegung setzt. Folglich bewegt sich der Rotor in diesem Beispiel allein durch Lorenzkraft. Bei etwas komplexeren Modellen wird der Rotor als Elektromagnet dargestellt. Folglich bewegt sich der Rotor hier durch Anziehung und Abstoßung der Magnetischen Pole und die Lorenzkraft wird plötzlich nicht mehr berücksichtigt. Das würde bedeuten, dass eigentlich kein echter Elektromotor durch Lorenzkraft bewegt wird. Sehe ich das richtig ? Ich würde mich freuen wenn mich jemand aufklären kann!

Freundliche Grüße Juli

Meine Ideen:
s.o.
IseTeaKraftstoff
Gast





Beitrag IseTeaKraftstoff Verfasst am: 27. März 2019 17:53    Titel: Antworten mit Zitat

Ein Gleichstrommotor bewegt sich immer aufgrund der Lorentzkraft. Das Magnetfeld des Rotors/Ankers steht orthogonal zum Erregerfeld und ist soweit auch konstant. Es ist eigentlich nicht relevant bzw. erwünscht (da es über das Eisenjoch das Erregerfeld schwächen kann).
thea2000



Anmeldungsdatum: 18.06.2019
Beiträge: 1

Beitrag thea2000 Verfasst am: 18. Jun 2019 17:26    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,
ich beschäftige mich derzeit mit derselben Frage wie Juli123 und habe die Antwort noch nicht gefunden oder zumindest noch nicht verstanden. Wenn es rein die Lorentzkraft ist, warum wird dann ein Doppel-T-Anker aus ferromagnetischem Material hergestellt, warum nimmt man stattdessen nicht irgendein Plastikteil? Stromstärke und Abmessungen und damit die Lorentzkraft blieben dann gleich.
Im Buch "Elektrische Maschinen" von Rolf Fischer wird darauf hingewiesen, dass "die wirksamen Tangentialkräfte Fi elektrischer Maschinen hauptsächlich durch Maxwellsche Zugspannungen an den Zahnflanken entstehen" !?? Dies hilft mir im Moment aber auch nicht weiter. Vielleicht hat noch jemand eine weitere Erklärung, danke im Voraus, T.
DBlu
Gast





Beitrag DBlu Verfasst am: 07. Jan 2021 18:21    Titel: Hat jemand schon eine Antwort? Antworten mit Zitat

Moin,
die Antwort auf die o.a. Frage würde mich auch interessieren, also falls jemand schon etwas in Erfahrung bringen konnte....
Vielen Dank und beste Grüße!
Nobby1



Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 539

Beitrag Nobby1 Verfasst am: 07. Jan 2021 18:40    Titel: Antworten mit Zitat

Im Prinzip würde die Leiterschleife reichen, aber man wickelt halt eine Spule bzw. Anker und das Ferromagnetische Material Eisen verstärkt das Magnetfeld dieser Spule.
PhysikNerd



Anmeldungsdatum: 24.12.2020
Beiträge: 26
Wohnort: Dortmund

Beitrag PhysikNerd Verfasst am: 17. Jan 2021 16:28    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Juli,

Juli123 hat Folgendes geschrieben:

Hallo zusammen,
Der Gleichstrommotor wird häufig mithilfe eines Leiterrahmens in einem Magnetfeld erklärt, welcher sich dann durch die Lorenzkraft in Bewegung setzt. Folglich bewegt sich der Rotor in diesem Beispiel allein durch Lorenzkraft. Bei etwas komplexeren Modellen wird der Rotor als Elektromagnet dargestellt. Folglich bewegt sich der Rotor hier durch Anziehung und Abstoßung der Magnetischen Pole und die Lorenzkraft wird plötzlich nicht mehr berücksichtigt.


Das eine schließt das andere nicht aus, da beide in Zusammenhang stehen:

Auf einen stromdurchflossenen Leiter, der senkrecht in einem Magnetfeld steht, wirkt eine Lorentzkraft. Die Ursache der Lorentzkraft ist, dass ein stromdurchflossener Leiter von magnetischen Wirbelfelder umgeben ist (Faustregel). Nun überlagert sich das äußere Magnetfeld mit den magnetischen Wirbelfeldern. Auf einer Seite des Leiters überlagern sie sich konstruktiv und das gesamte Magnetfeld verstärkt sich dort. Auf der anderen Seite des Leiters überlagern sie sich destruktiv und das gesamte Magnetfeld schwächt sich dort ab. Der Leiter wird von den Magnetfeldlinien quasi in die abgeschwächte Seite gedrängt. Diese Kraft nennen wir Lorentzkraft.

Andererseits überlagern sich die Wirbelfelder in einer Leiterschleife bzw. einer Spule so, dass sich die Magnetfeldlinien dem eines Stabmagneten ähneln. Es bilden sich quasi ein Nordpol und ein Südpol auf beiden Seiten.

Betrachten wir eine Leiterschleife bzw. eine Spule, so ist die tatsächliche Ursache für die Drehung IMMER die Lorentzkraft. Die Argumentation mit den abstoßenden Polen ist eine vereinfachte Sichtweise auf das ganze. Daher argumentiert man in der Sekundarstufe I mit den abstoßenden Polen und in der Oberstufe mit der Lorentzkraft.

PS: Die Drei-Fingerregel zur Bestimmung der Lorentzkraft ist ja auch nur eine vereinfachte Sicht. Tatsächlich müsste man ja mit der Faustregel die Wirbelfelder bestimmen. Damit müsste man die abgeschwächte Seite des Leiters bestimmen, die die Richtung der Leiterbewegung vorgibt.

Lg
PhysikNerd



Anmeldungsdatum: 24.12.2020
Beiträge: 26
Wohnort: Dortmund

Beitrag PhysikNerd Verfasst am: 18. Jan 2021 00:38    Titel: Antworten mit Zitat

Liebe Thea,

thea2000 hat Folgendes geschrieben:

Wenn es rein die Lorentzkraft ist, warum wird dann ein Doppel-T-Anker aus ferromagnetischem Material hergestellt, warum nimmt man stattdessen nicht irgendein Plastikteil? Stromstärke und Abmessungen und damit die Lorentzkraft blieben dann gleich.


Das ist eine sehr interessante Frage. Als Ergänzung kann ich dir noch folgendes sagen. Für die Lorentzkraft gilt ja:



Nun verstärkt der Eisenkern das Magnetfeld B, womit sich auch die Lorentzkraft verstärkt. Wahrscheinlich ist dies der Grund. Doch bei dieser Begründung bin ich mir etwas unsicher, da der Eisenkern ja nir das Magnetfeld im Inneren der Spule verstärkt und nicht das äußere Magnetfeld.

Liebe Grüße
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 2389

Beitrag ML Verfasst am: 18. Jan 2021 00:43    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

thea2000 hat Folgendes geschrieben:
Hallo,
ich beschäftige mich derzeit mit derselben Frage wie Juli123 und habe die Antwort noch nicht gefunden oder zumindest noch nicht verstanden. Wenn es rein die Lorentzkraft ist, warum wird dann ein Doppel-T-Anker aus ferromagnetischem Material hergestellt, warum nimmt man stattdessen nicht irgendein Plastikteil?

Schau mal im Bild, wie das Magnetfeld zustandekommt: Du siehst hier die beiden Polschuhe mit der dazugehörigen Wicklung drumherum. Das Magnetfeld, das durch diese Wicklung hervorgerufen wird, soll maximal gut dahin gelenkt werden, wo es gebraucht wird: in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Hierzu ist es erforderlich, auch im Anker ferromagnetisches Material zu verwenden.

Letztlich ist das ganze ferromagnetische Material so etwas wie der Kern einer Spule mit Luftschlitz. Bei den Spulen ist bekannt (ergibt sich aus dem Durchflutungsgesetz), dass zum Erzeugen der gleichen magnetischen Flussdichte im Spalt umso weniger Strom benötigt wird, je kleiner die Spaltbreite ist.


Viele Grüße
Michael



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Zuletzt bearbeitet von ML am 18. Jan 2021 01:42, insgesamt 4-mal bearbeitet
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 2389

Beitrag ML Verfasst am: 18. Jan 2021 00:48    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

PhysikNerd hat Folgendes geschrieben:

Nun verstärkt der Eisenkern das Magnetfeld B, womit sich auch die Lorentzkraft verstärkt.


Vorsicht beim Wiedergeben derartiger Schulbuch-Folklore:

Es ist ja richtig: Ein Eisenkern verstärkt das Magnetfeld in einer stromgetriebenen Spule, wenn man den Kern in die Spule schiebt. Genauso verstärkt auch ein Drahtstück den Strom bei einer Spannungsquelle, wenn man beide Enden kurzschließt.

Dennoch ist der Eisenkern genauso wenig ein Magnetfeldverstärker wie ein Stück Draht ein Stromverstärker.

Denn wo ist die feldverärkende (stromverstärkende) Wirkung hier:
- spannungsgespeiste Spule mit/ohne Kern
- unter endlichem R betriebene Gleichstromquelle mit/ohne Kurzschluss durch einen Draht


Viele Grüße
Michael
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