Physik-Experimente: Den einfachsten Elektromotor der Welt selbst bauen

2 Homopolarmotoren

Die beiden Experimente bringen Ihre Schülerinnen und Schüler sicher zum Staunen: Mithilfe von Strom aus einer Batterie und einem Magnetfeld wird eine Bewegung erzeugt. Es handelt sich dabei um zwei Varianten von Homopolarmotoren, den einfachsten Elektromotoren der Welt.

Hier erfahren Sie, wie Ihre Schülerinnen und Schüler diese Elektromotoren ganz einfach selbst bauen können.

Experiment 1: Die rotierende Schraube 

Material

  • 1 Neodym-Magnet
  • 1 Eisenschraube
  • 1 Batterie (Mignon AA)
  • 1 Stück Kupferkabel mit abisolierten Enden
  • Washi Tape

Aufbau des Experiments:

  1. Das Papier an der Schraube befestigen. Es soll die Bewegung besser sichtbar machen.
  2. Den Schraubenkopf an den Magneten anhaften lassen.
  3. Die Schraubenspitze an den Plus- oder Minuspol der Batterie hängen.
  4. Mit dem Kabel den Minuspol mit der Seite des Magneten verbinden.

Was passiert?

Die Schraube beginnt sich zu drehen. 

Warum dreht sich die Schraube?

Die Schraube mit dem Magneten wird in diesem Versuch zum Rotor, der durch die Lorentzkraft angetrieben wird: Der Strom fließt von einem Pol der Batterie über den Draht, den Magneten und die Schraube zum anderen Batteriepol. Dabei passiert der Stromfluss das Magnetfeld des Neodym-Magneten. Es kommt zu einer senkrecht zum Stromfluss und den Magnetfeldlinien gerichteten Ablenkung durch die Lorentzkraft. Die abgelenkte elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt: Die Schraube beginnt sich zu drehen.

Gefahrenhinweis

Die beiden Experimente sollten nicht zu lange andauern, da die Batterie kurzgeschlossen wird und dadurch heiß laufen kann.

Experiment 2: Der rotierende Draht

Material

  • 1 Neodym-Magnet
  • 1 Batterie (Mignon AA)
  • 1 Stück Kupfer-Draht

Aufbau des Experiments:

  1. Den Plus- oder Minuspol der Batterie auf den Magneten stellen.
  2. Die Drahtenden verbinden und mittig eine kleine Schlaufe in den Draht biegen.
    Es sind verschiedenen Formen möglich. Wir haben uns für ein Herz und eine Spirale entschieden.
  3. Die Drahtschlaufe auf den Pluspol der Batterie stellen und die Drahtenden mit dem Magneten verbinden.

Was passiert?

Der Draht beginnt sich zu drehen. Verbindet man den anderen Pol der Batterie mit dem Magneten, ändert sich die Drehrichtung.

Warum dreht sich der Draht?

Der durch die Batterie erzeugte Stromfluss macht den Kupferdraht zu einem stromdurchflossenen Leiter. Befindet dieser sich innerhalb eines Magnetfelds, wirkt auf ihn die sogenannte Lorentzkraft. Das Magnetfeld lenkt dabei die durch den Draht fließenden Ladungsträger ab, sozusagen „aus dem Draht hinaus“. Da die Ladungsträger aber nicht aus dem Draht hinauskönnen, beginnt sich der Draht zu drehen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein Elektromotor?

Elektromotoren wandeln elektrische in mechanische Energie um. Sie sind das Gegenstück zu Generatoren, die mechanische in elektrische Energie umwandeln. So bewirkt ein Elektromotor, dass sich die Blätter eines Ventilators durch Strom drehen, während die Flügel einer Windkraftanlage einen Generator antreiben, der Strom erzeugt.

Was ist die Lorentzkraft?

Die Lorentzkraft bezeichnet die Kraft, die auf alle geladenen Teilchen wirkt, die sich in einem magnetischen Feld bewegen. Die Lorentzkraft hängt von der Bewegungsrichtung, der Teilchengeschwindigkeit und von der Größe und Richtung des Magnetfelds ab. Die Kraft ist am größten, wenn die Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen senkrecht zu den magnetischen Feldlinien steht.

Quellen

  • Albert-Ludwig-Universität Freiburg. Experimente Physikalisches Institut: Einfachster Motor
  • Lernhelfer: Lorentzskraft
  • SimplySience: Der Homopolarmotor 
  • H. Joachim Schlichting, Christian Ucke: Der einfachste Elektromotor der Welt: Spielwiese, in: Physik in unserer Zeit 35 (6), 2004, S. 272f.