der Elektromotor, Funktion einer Spule, Wirkungsgrad, Leistund (Rechnung), Vor und Nachteile gegenüber Benzin und Dieselmotoren, Vorblick auf Elektroautos, Fazit

1. Der Elektromotor
AGH
Fach: Physik, SIII
Erstellt von
Heinrich Bier

2. Gliederung
1. Magnetismus, Funktion einer Spule
2. Aufbau des Elektromotors
3. Gleichstrom und Drehstromelektromotoren
4. Vor- und Nachteile gegenüber
Wärmekraftmaschinen (Ottomotor,
Dieselmotor)
5. Einsatz von Elektromotoren in Elektroautos
6. Elektromotor als Zukunftsantrieb?

3. Magnetfeld eines
stromdurchflossenen Leiters
Technische
Stromrichtung: vom
Pluspol zum Minuspol.
Physikalische
Stromrichtung:
Elektronen fließen vom
Minuspol zum Pluspol.
Ein
Stromdurchflossener
Leiter ist immer von
einem Magnetfeld
umgeben.

4. Magnetfeld einer Spule
Das Feld einer
Spule, entspricht
dem eines
Stabmagneten.
Magnetfeld kann
durch einen
Eisenstab
verstärkt werden.

5. Magnetismus als Teilgebiet
der Elektrizitätslehre
„Magnetische Kraftlinien suchen sich zu verkürzen und
gegenseitig abzustoßen. Dies äußert sich als Kraft auf
die Körper, die das Feld erzeugen.“ (Dorn Physik
Oberstufe S.183)
„Der Magnetismus ist eine elektrische Erscheinung,
nämlich die Wirkung von bewegten Ladungen auf andere
bewegte Ladungen.“ (Dorn Physik Oberstufe S.192)

6. Der Gleichstromelektromotor

7. Das Drehspuleninstrument
Bild „a“ I=0
Bild „b“
Der Nordpol der
Spule liegt vorn; er
wird nach links zum
Südpol des
Hufeisenmagnetes
gezogen.
Quelle: Dorn, Bader Physik
Mittelstufe S.305

8. Der
Gleichstromelektromotor
Quelle: Dorn, Bader, Physik
Mittelstufe S.336

9. Der Drehstrommotor
(Synchronmotor)
Quelle: berufsschule1ab.de

10. Beispielrechnung
Berechnung der elektrischen Leistung
beim Gleichstromelektromotor.
Pel=U*I Pel in [W] U in [V] I in [A]
U=18V I=50A
Pel= 18V*50A
Pel=900 Watt

11. Der Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizient von
Energieumwandlungen.
Verhältnis zwischen Nutzenergie und zugeführter
Energie.
Eta als dimensionslose Größe
Ohne Maßeinheit
Zwischen 0 und 1
Bzw. 0% und 100%
Notiz: Leistung = Energie / Zeit Energie = Leistung x Zeit

12. Berechnen der Wellenleistung
Pw = U * I *
U=18V I=50A = 0,85
Pw =18V*50A*0,85
Pw= 765W

13. Vor, - und Nachteile des
Elektromotors
Vorteile Nachteile (indirekt)
hoher Wirkungsgrad Niedrige Energiedichte von
(besonders bürstenlose Akkumulatoren
Motoren)
Kein Anlassvorgang Verschlechterung der
erforderlich Akkuleistung bei *
Geräuscharm * niedrigen Temperaturen
Bremsenergie kann zur
Stromquelle (Akku)
zurückgeführt werden
wenig Verschleißteile
wenig Vibrationen

14. Arbeitsweise Viertakt
Ottomotor
1 Takt: Ansaugen
2 Takt: Verdichten
3 Takt: Arbeitstakt
4 Takt: Ausstoßen
Zündung erfolgt in der Regel vor dem OT

15. Vor, - und Nachteile des
Ottomotors*1 und Dieselmotors
Vorteile Nachteile
Geringes Leistungsgewicht hoher Wartungsaufwand
(kg/kW)
Geringe Größe hoher Verschleiß
Niedrige Baukosten*1 benötigt einen Anlasser
Lärmbelastung
Nachteile: Anteile des geringer Wirkungsgrad
Treibstoffs werden unver- 35%* Ottomotor 40%*
Dieselmotor
brannt ausgestoßen *(Dorn, Physik S. 162)

16. Verluste beim Otto, -und
Dieselmotor
Wirkungsgrade hintereinander
geschalteter Geräte werden
grundsätzlich multipliziert.
Quelle: Dorn, Bader, Physik Mittelstufe S. 162

17. Unverbrannter Kraftstoff beim
Benzin und Dieselmotor
Idealfall:
Vollkommene Verbrennung
des eingesetzten Treibstoffs.
Hohe Drehzahlen ergeben
kurze Gasaustauschzeiten im
Zylinder. Nicht jedes
Benzinmolekül reagiert mit
dem Sauerstoff und wird
unverbrannt ausgestoßen.

18. Verbrauch bei hohen
Geschwindigkeiten
Quelle: http://www.motor-talk.de

19. Verbrauch bei hohen
Geschwindigkeiten
Quelle:
http://www.thomasprenosil.de/119773.html und
http://www.auto-bild.de
v in [m/s] geht quadratisch in die Formel für den
Luftwiderstand ein.

20. Elektromotor als
Zukunftsantrieb ?
 Bürstenlose Elektromotoren haben
einen hohen Wirkungsgrad und
geringes Leistungsgewicht (kg/kW)
 Weiterentwicklung von Akkumulatoren,
bzw. der Brennstoffzelle, wird die
Verbreitung des Elektroautos
begünstigen

21. These: Umstieg der Bürger auf
Elektroautos aus Kostengründen

22. Pionier: Die „Elektrische
Viktoria“ im Jahr 1905
Quelle: http://www.siemens.de/elektromobilitaet/elektromobilitaet.html

23. Pionier: Die „Elektrische
Viktoria“ im Jahr 1905
„Das Kapitel Elektroauto wurde von Siemens
bereits 1905 geöffnet: Die „Elektrische
Viktoria“, die in etwa 50 Exemplaren als
elegantes Hoteltaxi und Lieferwagen im
Alltagseinsatz war, fuhr mit einer
Geschwindigkeit von bis zu 30 km/h und
konnte mit einer Batterieladung rund 80 km
zurücklegen.“
Quelle: http://www.siemens.de/elektromobilitaet/elektromobilitaet.html

24. Fazit
„Merkel optimistisch:
Eine Million
Elektroautos bis 2020“
Quelle: focus.de
(Nach mehr als 100 Jahren seit der
Einführung der ersten Elektroautos !)

25. Anhang

26. Quelle: www.strom-
guenstiger.de
Anhang („Die Brennstoffzelle“)