Der Motor-Effekt — Sport, 14–17 Jahre

Wie ein Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Draht wirkt und die Kraft erzeugt, die einen Elektromotor dreht.

Die Idee

Ein Strom in einem Draht besteht aus bewegten Ladungen, und ein Magnetfeld kann auf diese Ladungen drücken. Deshalb wirkt auf den Draht eine Kraft, die senkrecht zu Stromrichtung und Feld steht. Für einen geraden Draht gilt F = BIL sinθ.

Warum man ihn braucht

Elektrizität kann Energie übertragen, aber ein Stromkreis allein erklärt nicht, wie daraus eine Drehung entsteht. Der Motor-Effekt löst dieses Problem: Eine stromdurchflossene Spule erfährt in einem Magnetfeld Kräfte. Frühe Versuche, bei denen ein Strom eine Kompassnadel ablenkte, zeigten die Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus.

Ein durchgerechnetes Beispiel

Ein 0,40 m langer Draht führt 3,0 A in einem Magnetfeld von 0,20 T bei einem Winkel von 90°. Weil sin90° = 1 ist, gilt F = BIL = 0,20 × 3,0 × 0,40. Die Kraft beträgt 0,24 N; ihre Richtung findet man mit der Handregel für den Motor-Effekt.

Der häufige Fehler

Ein häufiger Fehler ist die Erwartung einer Kraft, sobald ein stromdurchflossener Draht in der Nähe eines Magneten liegt. Das ist verständlich, weil beide Voraussetzungen vorhanden sind, aber der Winkel zählt: Ein zum Feld paralleler Draht hat θ = 0° und sin0° = 0, daher ist die Motorkraft null. Der Draht muss die Feldrichtung schneiden.

Ausserhalb der Schule

Elektromotoren nutzen eine stromdurchflossene Spule in einem Magnetfeld, um eine dauernde Drehung zu erzeugen. Sie treiben Ventilatoren, Waschmaschinen, Elektrofahrräder und viele Werkzeuge an. Ein Motor wandelt mit dem Motor-Effekt elektrische Energie in Bewegung um; eine Umschaltung oder Wechselstrom hält den Drehsinn aufrecht.

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