FNR
In Anbetracht der Gefahrenhinweise sollten jüngere Kinder dieses Experiment in Anwesenheit eines Erwachsenen durchführen.
Durchführung
Schneide ein ca. 50 cm langes Stück Kupferdraht mit dem Seitenschneider ab. Falls der Kupferdraht ummantelt ist, entferne etwa 2 cm vom Plastikmantel an einem Ende und etwa 5 cm am anderen Ende. Forme dann eine Spirale mit dem Kupferdraht. Biege das eine Ende (2 cm freiliegender Kupferdraht) ins obere Innere der Spirale, und aus dem anderen Ende (5 cm freiliegender Kupferdraht) formst Du einen geschlossenen Kreis in der unteren Mitte der Spirale.
Teste den Weihnachtsbaum, bevor Du ihn dekorierst. Hafte die beiden Magneten aneinander und dann an den Minuspol der Batterie. Stelle die Magneten mitsamt Batterie senkrecht auf einen Tisch. Stülpe dann die Kupferdraht-Spirale so über Batterie und Magnete, dass das eine, gekrümmte Ende des Kupferdrahts auf dem Pluspol der Batterie balanciert, und das andere, kreisförmige Ende des Kupferdrahts sich um die Magneten befindet.
Wenn die Kupferdraht-Spirale sich eigenständig um Batterie und Magneten dreht, kannst Du deinen Weihnachtsbaum noch dekorieren, wenn Du möchtest. Danach musst du die Spirale ggf. nochmal leicht auseinanderziehen oder anpassen, damit sie sich immer noch dreht.
Lasse den Weihnachtsbaum nicht zu lange drehen, denn du wirst merken: die Batterie erhitzt sich.
Prinzip
Du hast hier einen einfachen Elektromotor gebaut, einen sogenannten Homopolarmotor. Wenn Du die Kupferspirale um die Batterie legst, fließt Strom aus der Batterie durch die Spirale, denn Kupfer leitet Strom. Dabei fließen Ladungsträger durch den Kupferdraht. Gleichzeitig erzeugen die Magnete unter der Batterie ein Magnetfeld um die gesamte Konstruktion. Dieses Magnetfeld beeinflusst die Ladungsträger, die sich durch den Kupferdraht bewegen; es lenkt sie ab. Die Kraft, die hier entsteht, heißt Lorentzkraft. Weil die Ladungsträger den Kupferdraht aber nicht verlassen können, fängt die Kupferspirale an sich zu drehen. Die Lorentzkraft sorgt also dafür, dass unser Weihnachtsbaum eine Pirouette dreht!
Abbildung: Diagram eines einfachen Homopolarmotoren ähnlich wie der in unserem Experiment. Der Strom (blau = Richtung des Stromflusses) fliesst durch den Kupferdraht (beige). Der Magnet bildet ein Magnetfeld (rot). In Grün dargestellt ist die Lorentzkraft (F), welche die Ladungsträger des Stroms ablenkt. Quelle: Ths1104 and Smial via Wikimedia Commons; Public Domain.
Alltag
Elektromotoren befinden sich überall und viele Geräte im Alltag werden durch Elektromotoren angetrieben, z. B. elektrische Zahnbürsten, Ventilatoren oder Waschmaschinen. Aber auch E-bikes und E-Autos nutzen grosse Elektromotoren, um uns von A nach B zu bringen.
Diese Motoren basieren auf ähnlichen Prinzipien wie unser Homopolarmotor, aber sie sind komplizierter aufgebaut.
Du möchtest noch weitere Elektromotoren bauen? Dann findest Du hier zwei weitere Experimente und zusätzliche Erklärungen:
Autor: Michèle Weber (FNR)
Video: Melanie Reuter (FNR)
