Homopolarmotor

Ein Homopolarmotor (auch Unipolarmotor) ist ein kommutatorloser Gleichstrommotor basierend auf der Unipolarinduktion. Der Motor dreht sich entlang einer festen Achse, welche parallel zum Magnetfeld eines Dauermagneten gerichtet ist. Homopolar soll andeuten, dass der Strom nicht kommutiert wird. Solche Motoren bestehen notwendigerweise aus einer einzigen Stromschleife. Da diese Motoren nur kleine Drehmomente erzeugen können, ist deren technische Anwendung stark eingeschränkt.

Funktionsprinzip eines Unipolar- oder Homopolarmotors: aufgrund der Bewegung negativer Ladungen vom Zentrum zur Peripherie der Scheibe versetzt die dabei entstehende Lorentz-Kraft FL die komplette Scheibe in Umdrehung.

Funktionsweise
Selbstgebauter einfacher Homopolarmotor realisiert mit einer Holzschraube aus Eisen, einer Batterie, einem Draht, und einem Magneten. Die Schraube und der Magnet drehen sich.

Der Homopolarmotor wird durch die Lorentzkraft angetrieben. Diese entsteht, wenn die Ladungsträger auf dem Weg von oder zur Mitte der Drehachse durch das vom kleinen Magneten erzeugte Magnetfeld wandern und abgelenkt werden.[1] Da die Feldlinien des Magnetfeldes und die Drehachse immer in die gleiche Richtung zeigen, dreht sich der Motor auch ohne Kommutierung. Der Vorteil der Einfachheit wird durch den Nachteil des kleinen Drehmoments zunichtegemacht. So wie viele andere elektrische Maschinen ist der Homopolarmotor reversibel: Er kann also auch ohne Gleichrichter und ohne Kommutator eine Gleichspannung erzeugen, wenn die Drehachse mechanisch gedreht wird, und wird dann als Unipolargenerator bezeichnet.

Schematische Darstellungen
  • Homopolarmotor 3D
    Homopolarmotor 3D
  • Homopolarmotor 2D
    Homopolarmotor 2D
  • Magnetische Feldlinien und Lorentzkraft am Homopolarmotor
    Magnetische Feldlinien und Lorentzkraft am Homopolarmotor

Geschichte

Erste Aufbauten wurden von Michael Faraday 1821 in der Royal Institution von London vorgeführt.[2][3] Eine weitere historische Bauform dieses Motortyps wird als Barlow-Rad bezeichnet.

Bauanleitung

Der Homopolarmotor kann sehr leicht nachgebaut werden. Ein Permanentmagnet erzeugt das externe magnetische Feld und eine Batterie erzeugt den elektrischen Strom. Der Magnet muss sich nicht unbedingt mitbewegen oder mit der Drehachse in Kontakt sein. Sein einziger Zweck ist, das Magnetfeld zu erzeugen.[4][5]

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Quellen
  1. See, e.g., Richard P. Feynman, The Feynman Lectures on Physics, vol. II, section 17-2, (Reading, MA: Addison-Wesley, 1964). ISBN 0-201-02117-X
  2. Michael Faraday, "New Electro-Magnetic Apparatus," Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts 12, 186–187 (1821). Scanned pages
  3. Michael Faraday, "Description of an Electro-magnetic Apparatus for the Exhibition of Rotatory Motion," Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts 12, 283–285 (1821). Scanned pages Original illustration (plate) of the homopolar motor, referred to on p. 283 of Faraday's second article. Index of Quarterly Journal for Faraday, Michael
  4. "How the build the simplest electric motor", from Evil Mad Scientist Laboratories, Aug. 7, 2006
  5. "How to make a homopolar motor (Memento des Originals vom 19. April 2010 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/dangerouslyfun.com, from Dangerously Fun, Jan. 31, 2007
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