Elektromotor

[MAirNU]

Hey Leute,

am Donnerstag steht mein Physik Abi an und ich hänge gerade an einer Aufgabe fest. Bin eigentlich nur noch am wiederholen und guter Dinge, dass das Ganze gut laufen wird, allerdings bereitet mir die folgende Aufgabe ein wenig Kopfzerbrechen.

Bei einem Elektromotor ist der Läufer ein Zylinder, sein Radius ist 20cm, seine Höhe 25cm. Auf seinem Mantel liegen 800 Leiterstücke, jedes 25cm lang. Durch die Wicklungen fließt ein Strom von 12A. Die magnetische Flussdichte vor den Polen ist 0,80T. Nur 80% der Leiterstücke liegen im magnetischen Feld.

a.) Berechnen sie die magnetische Kraft auf ein Leiterstück. (Lösung: 2,4N)
b.) Welche mechanische Leistung gibt der Motor bei 1000 rpm ab? (32kW)


Mit allen anderen Aufgaben komme ich gut zurecht, allerdings fehlt mir bei dieser Aufgabe das Wissen über einen Elektromotor...ich habe auch ein wenig gegooglt allerdings kann ich nichts mit dem Begriff Leiterstück anfangen.

zu a.) F = I * magn. Flussdichte * Länge

Nur was wird hier als Länge verstanden? Liegen diese Leiterstücke längs des Zylinders, um diesen herum angeordnet?
Ich habe nämlich zuerst versucht die Flussdichte einer lang gestreckten, Strom durchflossenen Zylinderspule zu berechnen (B = [(magnetische Feldkonstante) * I * Windungszahl] / Länge) , allerdings kommt da nicht das gewünschte Ergebnis heraus, da mit den Leiterstücken vermutlich widerum keine Windungen gemeint sind.

zu b.) So aus dem Bauchgefühl hätte ich gesagt, dass Leistung gleich Arbeit durch Zeit ist. Und Arbeit ist Kraft mal Weg....nur was ist hier wiederum der Weg? Ist der Weg der Umfang 2*Pi*r des Zylinders?

Wäre super, wenn ihr mir weiterhelfen könntet. Mir würde es schon sehr helfen, wenn ich das Prinzip mit den Leiterstücken verstehen könnte.

Lg Manu

[FlightKid]

So soll das wohl nach der aufgabenstellung aussehen:

rot : läufer
grün: leiterstücke
blau: wicklung außenrum



zu a) die mag. Feldstärke wird wie du schon gesagt ahst nach der Formel Fmag = l * I * B bestimmt (l = länge; I = Strom; B = Magnetfeld)

damit ergibt sich hier

Fmag = 0,25m * 12A * 0,8T = 2,4N

zu b)
N = kg*m*s^-2 und
W=kg*m^2*s^-3
also N*m/s

F ist jetzt aber geringer da nur 80% im mag. feld sind also 0.25m*0,8

setzt man das ein erhält man die gleichung

W = (0,25m*0,8*12A*0,8T) * (2PI*0,2*1000 * 1000/60 = 32,169kW

theoretisch müsste der angepasste wert fuer F schon bei a) sein aber ich kenn die aufgabenstellung nicht genau. hoffe ich konnte dir helfen
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Wenn dir das Wasser bis zum Hals reicht lass den Kopf nicht hängen

BU - 26/27. Januar 2010
FQ - 19/20. Juli 2010

jetzt kommt Plan B

[MAirNU]

zu a): Ich komme auf 1,92 N...
F = 0,8T * 12A * (0,8*0,25m) = 1,92N Stimmt allerdings nicht...was übersehe ich bei der Aufgabe?

zu b): Sorry Leute...habe die Lösung eben selbst herausgefunden.

Mein Ansatz vorhin war schon richtig, allerdings muste ich noch von meinem vorherigen Ergebnis ca. 40kW noch die 80% nehmen und bin auf 32kW gelandet.


Leistung = [(2,4N * Weg) / Zeit] * 800 => davon 80%

mit Weg = 2 * Pi * r = 1,257m
und Zeit = 60sek / 1000 = 0,06sek

Was ich allerdings nicht verstehe ist, dass laut a) die Kraft von 2,4N auf ein einzelnes Leiterstück insgesamt wirkt. Wie kann es dann sein, dass die Leistung nur von den 80% ihrer Länge profitert? Das kann ich mir nicht vorstellen, da die Leiterstücke doch fest an dem Zylinder befestigt sind, oder habe ich immernoch eine falsche Vorstellung von den Leiterstücken?

Manu

[MAirNU]

Ach klar...vielen Dank Flight Kid...hab' mir ja die Lösung eigtl schon selbst vorgelegt. Ich war einfach stur drauf fixiert dieses 80% in die Länge einzubeziehen...
Dann haben wir ja bereits beide Aufgaben gelöst...allerdings verstehe ich noch nicht ganz, warum die Kraft, trotz der 80% der Länge die innerhalb des Feldes ist, auf das gesamte Leiterstück wirkt, die Leistung jedoch 20% verliert...

Danke für das Bild

[Schienenschreck]