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Es geht kaum einfacher: Ein Draht, eine Batterie, eine Schraube und ein Neodym-Magnet – und schon haben die Schülerinnen und Schüler des Jahrgangs 10 eine Kopie des kleinsten Elektromotor der Welt, einen sogenannten Homopolarmotor, gebaut. |
Elektromotoren kommen in unserem Alltag überall vor, in vielen Geräten, Werkzeugen, Spielzeugen und Fahrzeugen. Aber: Wie funktionieren sie? Um dieser Frage nach zu gehen, bauten sich die Schülerinnen und Schüler des 10. Jahrgangs im Physikunterricht selbst welche! Dies ist ganz einfach, denn um zum Beispiel einen homopolaren Elektromotor zu bauen, braucht man nur eine Batterie, einen Draht, eine Eisenschraube und einen Neodym-Magneten. Nebenbei bemerkt war ein homopolarer Motor der erste Elektromotor, der jemals gebaut wurde. Michael Faraday entwarf ihn bereits 1821. In unserem Physikunterricht verbanden unsere Schülerinnen und Schüler mit Hilfe eines Kupferdrahtes den Pluspol mit dem Minuspol einer Batterie der Größe AA (Video1). Dadurch entstand ein Kurzschluss, so dass ein hoher elektrischer Strom durch die Schraube und den Magneten zum Draht floss. Die Elektronen sind auf diesem Weg dem starken Magnetfeld des Neodym-Magneten ausgesetzt. Geladene Teilchen wie Elektronen werden jedoch in einem Magnetfeld abgelenkt. Die Kraft, die hier wirkt, nennt man Lorentzkraft. Genau diese Kraft versetzt die Eisenschraube in eine Drehbewegung. Der homopolare Motor ist aber nur einer von mehreren Mini-Elektromotoren, die sich recht einfach herstellen lassen.
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Ein selbst gebauter Spulenmotor. Die Schülerinnen und Schüler hatten viel Freude daran, dass ihre Motoren so super funktionierten (Video 2)! |
Ein weiterer, den unsere Schülerinnen und Schüler bauten, ist ein sogenannter Spulenmotor. Das Funktionsprinzip eines Spulenmotors ist auch recht einfach. Jeder Stromfluss in einem Leiter erzeugt ein Magnetfeld. Wenn ein Draht mehrfach gewickelt wird, dann ergibt dies eine Spule. Jede stromdurchflossene Spule hat einen "Nordpol" und einen "Südpol" wie ein normaler Magnet. Nord- und Südpol ziehen sich an oder gleiche Pole stoßen sich ab. Die Spule wurde nun kurz mit dem Finger angedreht. Wenn nun die Spule am Magnet vorbeidrehte, wirkte eine magnetische Kraft auf die Spule. Beim Durchdrehen stoßen sich die zwei Magnetfelder von Spule und Magnet ab. Als Folge drehte sich die Spule weiter. Die Schülerinnen und Schüler des 10. Jahrgangs waren fasziniert davon, wie die kleinen Elektromotoren liefen, bis die Batterien leer waren!
