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Alt 11.10.2010, 16:36   #1
SBurak
Jungspund
 
Registriert seit: 11.10.2010
Beiträge: 17
Standard Elektromotor und paar fragen

hallo zusammen,

bin neu hier und hätte schon paar fragen über elektromotoren und magneten.
Die Fragen könnten etwas dumm vorkommen aber ich hatte kein richtiges Physikunterrich, obwohl ich Physik mag .
Ich weiß bereits, dass die Energie größer wird, wenn man das Magnet schneller dreht, der kupferdraht einen größeren durchmesser hat und der kupferdraht länger ist.
Aber wie berechnet man die Energie jetzt aus???
Mit dem Formel von Wiki komme ich nicht weiter.
Sagen wir mal wir haben einen Magnet mit 60kg zugkraft (soll das B sein, also die magnetische Flussdichte?) und es dreht sich mit 6000 umdrehung pro min.
Wie lang muss der Draht sein um 230V zu erreichen?
Worauf kommt es überhaupt an, um Volt oder Watt zu erhöhen?
Wie muss sich das magnet drehen? 1 oder 2 (sieht nicht schön aus aber wir sind doch in einem wissenschaftlichen-Forum und kein "Kunst- Forum" )?


So das wäre es glaub schon. Vielen Dank im vorraus.

MfG
SBurak
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Alt 11.10.2010, 17:16   #2
Tarlanc
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Ort: Neuhausen a. Rhf. (CH)
Beiträge: 4.129
Standard

Zitat:
Zitat von SBurak Beitrag anzeigen
Ich weiß bereits, dass die Energie größer wird, wenn man das Magnet schneller dreht, der kupferdraht einen größeren durchmesser hat und der kupferdraht länger ist.
Aber wie berechnet man die Energie jetzt aus???
Die Leistung (nicht Energie!) eines Elektromotors anhand seines Aufbaus auszurechnen, ist nicht gerade leicht. Du musst das magnetische Moment auf den Magneten berechnen, der zu jeder Zeit der Drehung auf ihn wirkt, was mühsam und ohne Integralrechnung AFAIK nicht zu bewältigen ist.

Leichter ist es, den Motor anhand seines Stromverbrauchs zu berechnen.
Ein Elektromotor gibt die Energie, die er an Elektrizität verbraucht, an die Drehbewegung und an die Umgebung (Wärme) ab.
Wenn du also weisst, wie viel Strom dein Motor verbraucht und wie warm er wird, kannst du seine Leistung berechnen:

Leistung(Motor) + Leistung(Wärme) = Leistung(Stromverbrauch)

Die Leistung, die an Wärme abgegeben wird, kannst du in einem Wasserbad prüfen. Lass ihn in einem Plastikbeutel 1000 Sekunden unter Wasser in einem gut isolierten Wasserbad laufen und miss die Temparatur des Wassers vorher und nachher.
Da Wasser pro kg oder Liter genau 4.18kJ braucht, um sich 1°C zu erwärmen, kannst du folgende Aufgabe lösen:
Bei einer Wärmeleistung von 1 Watt erwärmt sich 1liter Wasser nach 1000 Sekunden um 0.25°C. Bei L Liter und X Watt Leistung macht das:
X * 0.24 / L = Temperaturanstieg
oder
X = Temperaturanstieg * L * 4

Also bei 2 Liter, die sich um 3° erwärmen, hättest du 24Watt Wärmeleistung.

Nun musst du nur noch mit einem Voltmeter und einem Ampéremeter die Stromstärke und Spannung messen, die dein Motor dabei verbraucht und du hast die Leistung des Motors. Allerdings müsstest du das mit verschiedenen Widerständen der Drehbewegung des Motors machen. Also bei unterschiedlicher Belastung. Sonst hast du nur die Leistung im Leerlauf und da verbrät er das meiste über Wärmeabgabe.


Vielleicht ist es besser, gar nicht die Leistung, sondern das Drehmoment eines Elektromotors zu messen. Dafür hängst du einen langen Stab wie einen Rotor waagerecht an den waagerecht stehenden Motor und hängst ein Gewicht ans äussere Ende, so dass er den Stab nicht drehen kann. Wenn du das jetzt in Richtung Motor schiebst, bis er den Stab drehen kann, kannst du aus der Entfernung (d) des Gewichts (m) von der Achse das Drehmoment (M) berechnen:
M = d * m * 9.81m/s^2
Die Einheit wäre dann Nm (Newtonmeter).


Was die Spannung angeht, so ist die durch die Stromquelle gegeben. Die verändert sich nicht mit der Wicklung der Spule. Die Stromstärke, die für ein bestimmtes Drehmoment benötigt wird, ist aber variabel.


Beide Zeichnungen sind falsch. Der Magnet müsste liegen wie in Zeichnung 1 oder 2, die Achse wäre dann aber senkrecht auf die Zeichenebene. Der Magnet in Zeichung müsste sich also im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn in der Zeichnung drehen. Er liegt also einmal wie in Zeichnung 1 und einmal wie in Zeichung 2.

Hast du eine bestimmte Anwendung, die du mit diesen Fragen anpeilst? Vielleicht könnte ich dir bei einem konkreten Problem besser helfen.
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Alt 11.10.2010, 17:30   #3
basti_79
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Beiträge: 10.357
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Willkommen im Forum, SBurak.

Zum Inhaltlichen: Fest steht, dass es Formeln gibt, die die von dir genannten Phänomene genau beschreiben. Leider ist die Wirklichkeit enorm kompliziert.

Was mir auf Anhieb da so zu einfällt: Die Maxwellschen Gesetze geben Auskunft darüber, wie sich elektromagnetische Phänomene abspielen. Die Randbedingungen wären:
  • die genaue Natur des angeschlossenen Verbrauchers und der mechanischen Energiequelle
  • die Geometrie des Motors (zu der auch die von dir genannte Drahtlänge zählt)
  • Materialparameter (aus welchem Material bestehen die einzelnen Teile des Motors?)
  • Sonstiges (Stärke des Magneten)
Um die Frage letztgültig zu beantworten, gibt es zwei Wege:
  • Man nimmt ein paar Generatoren und guckt, welcher reicht - das ist der Ansatz der Ingenieure
  • Man versucht, all die oben genannten Details unter einen Hut zu bringen - das ist der Ansatz der Physiker
Es gibt Programme (ANSYS z.B.), die solche Dinge in befriedigender Aussagekraft berechnen können. Leider ist dieses Programm zwangsläufig wenigstens so kompliziert wie die Realität, die es beschreibt. Man hat Bücher darüber geschrieben.

Meine erste Antwort, aus dem Bauch heraus, wäre: Im Prinzip kannst du mit jedem Generator jede Spannung und jede Leistung erzielen. In der Realität wird das erstmal ein Problem der Konstruktion. Nehmen wir mal an, unter gewissen, gegebenen Voraussetzungen käme heraus, dass man mit 1000 kg/m an deinem Generator drehen muss. Die nächste Frage ist dann, ob die Konstruktion dieses Drehmoment aushält. Dasselbe gilt für Drehzahlen, Wärmeentwicklung usw. In der Realität stellst du also fest: dein Generator hält durch - oder aber halt, dass er nach einigen Sekunden Rauchzeichen gibt, sich kein Stück bewegt, oder sich bewegt, aber der Verbraucher nicht läuft, oder sonstwas.

Die "Flußdichte" B hängt sicher eng mit der "Haltekraft" des Magneten zusammen, ist aber keinesfalls identisch mit dieser. Wie überall greifen da zahllose Phänomene ineinander: Der Magnet magnetisiert ein anderes Material, diese Magnetismen wechselwirken und ziehen die Materialien zusammen. Die Anordnung von Magnet und Material in seiner Umgebung hat Auswirkungen auf den genauen Fluß des Magnetfelds, was wieder Auswirkungen auf die Kräfte hat, die wirken. Starke Magneten können Material deformieren... Usw. usf. - am Ende ist das schlimmstenfalls seitenweise Papierkram bloß für die Berechnung der Haltekraft in einer bestimmten Situation. Und noch schlimmer: die Richtigkeit (oder unrichtigkeit) einer solchen Berechnung ist nicht ersichtlich, ohne, dass man sie bis ins Detail versteht.
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Perfidulo: Ich hatte erst vor, einen Roman darüber [über das verschwundene Mittelalter] zu schreiben.
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Alt 11.10.2010, 19:05   #4
SBurak
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Beiträge: 17
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Erst mals vielen dank für euren antworten.
@Tarlanc ich hab leider keinen Elektromotor zur hand.
Ich wollte mir eins selber basteln und wollte herraus rechnen, was ich und wie viel ich kaufen muss.
Wollte nen Neodym-Magnet N52 kaufen (die sind klein und stark - können 2000-fachen eigengewicht tragen laut verkäufer).
Also nützen mir die Infos mit messen usw nicht, aber nachdem ich es zusammen gebaut hab, könnte es nützlich sein .
So wie ihr beiden das erzählt, wird es glaub nicht leicht sein .

Zitat:
Zitat von Tarlanc Beitrag anzeigen
Was die Spannung angeht, so ist die durch die Stromquelle gegeben. Die verändert sich nicht mit der Wicklung der Spule. Die Stromstärke, die für ein bestimmtes Drehmoment benötigt wird, ist aber variabel.
Was meinst du mit Stromquelle? Bei einer Elektromotor wird strom durch magnet erzeugt und es wird doch kein Strom eingespeist.

Zitat:
Zitat von Tarlanc Beitrag anzeigen
Beide Zeichnungen sind falsch. Der Magnet müsste liegen wie in Zeichnung 1 oder 2, die Achse wäre dann aber senkrecht auf die Zeichenebene. Der Magnet in Zeichung müsste sich also im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn in der Zeichnung drehen. Er liegt also einmal wie in Zeichnung 1 und einmal wie in Zeichung 2.
hatte es mir fast gedacht nur war ich faul den dritten zu zeichnen .
Hmmm wie kriegt man das jetzt idealerweise hin? Denn die Methode was du gesagt hast ist nicht ideal fürs bauen *überlege*.

Zitat:
Zitat von basti_79 Beitrag anzeigen
Um die Frage letztgültig zu beantworten, gibt es zwei Wege:
  • Man nimmt ein paar Generatoren und guckt, welcher reicht - das ist der Ansatz der Ingenieure
Das wäre dann aber für mich zu teuer .

Zitat:
Zitat von basti_79 Beitrag anzeigen
  • Man versucht, all die oben genannten Details unter einen Hut zu bringen - das ist der Ansatz der Physiker
Dann bräuchte man aber nen großen Hut und dafür auch einen großen Kopf.
Nun ja habe mathe LK aber mein Taschenrechner macht gerne fehler .

Zitat:
Zitat von basti_79 Beitrag anzeigen
Meine erste Antwort, aus dem Bauch heraus, wäre: Im Prinzip kannst du mit jedem Generator jede Spannung und jede Leistung erzielen. In der Realität wird das erstmal ein Problem der Konstruktion. Nehmen wir mal an, unter gewissen, gegebenen Voraussetzungen käme heraus, dass man mit 1000 kg/m an deinem Generator drehen muss. Die nächste Frage ist dann, ob die Konstruktion dieses Drehmoment aushält. Dasselbe gilt für Drehzahlen, Wärmeentwicklung usw. In der Realität stellst du also fest: dein Generator hält durch - oder aber halt, dass er nach einigen Sekunden Rauchzeichen gibt, sich kein Stück bewegt, oder sich bewegt, aber der Verbraucher nicht läuft, oder sonstwas.
Da bringst du mich auf eine andere Frage.
Kann man Magnete zusammen löten/schweißen ohne das sie an kraft verlieren?
Die sollen nämlich nicht nach lust und laune des Magnetfeldes herumstehen.
Und denkt ihr, dass wenn ich es löte es dann auch hält?
Ich habe nämlich auch kein Schweißmaschine zur hand.
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Alt 11.10.2010, 20:23   #5
SBurak
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Hab es mir überlegt und bin auf die variante gekommen:



Denkt ihr, dass die Methode effektive ist?
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Alt 11.10.2010, 21:39   #6
Tarlanc
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Zitat:
Zitat von SBurak Beitrag anzeigen
Erst mals vielen dank für euren antworten.
@Tarlanc ich hab leider keinen Elektromotor zur hand.
Ich wollte mir eins selber basteln und wollte herraus rechnen, was ich und wie viel ich kaufen muss.
Am besten einen Bausatz zum Bauen von Elektromotoren (zum Beispiel so einen). Mit den Bausätzen lernt man das Wichtigste und versteht danach die Funktionsweise besser.
Wenn das funktioniert, kannst du dich steigern, und einzelne Teile ersetzen. Aber ganz ohne Anleitung einen Motor zu basteln, dürfte schwierig sein.
Auch eine Spule von Hand zu wickeln, ist unnötig mühsam.
Zitat:
Was meinst du mit Stromquelle? Bei einer Elektromotor wird strom durch magnet erzeugt und es wird doch kein Strom eingespeist.
Nein. Ein Elektromotor benötigt Strom und erzeugt Bewegung. Ein Dynamo oder Generator nimmt Bewegung und erzeugt Strom.
Ist zwar fast der gleiche Aufbau, aber halt doch ein kleiner Unterschied.

Zitat:
Kann man Magnete zusammen löten/schweißen ohne das sie an kraft verlieren?
Die muss man eigentlich nicht schweissen und löten. Es sind Magnete, also halten sie auch so
Wenn du ihnen nicht traust, kannst du einen Schrumpfschlauch drum machen. Da brauchst du nur einen Fön, kein Schweissgerät.

Die dritte Zeichnung ist übrigens auch falsch. Jetzt müsste die Achse von oben nach unten gehen, also durch die Grenze zwischen N und S.
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Alt 11.10.2010, 22:35   #7
Llewellian
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Sburak, was du bauen willst ist ein Innenpolgenerator, so wie er auch als Fahrraddynamo bekannt ist:



Und ja, die Formeln zur Induktion sind happig. Alles 2Dimensionale Flächenintegrale über den magnetischen Fluss in der von der Leiterschleife durchschnittenen Feldlinienhülle.

Das macht man nicht mal eben so.. und die einfachen Formeln aus dem Realschulphysikbuch kann man sich dazu abschminken...

Und ich kann verstehen das du mit den Formeln Probleme hast. Das hatte ich im Elektrotechnikstudium auch und bin schier an der Theorie zerbrochen.
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Alt 11.10.2010, 23:16   #8
Tsunetomo
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Beiträge: n/a
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Was mich als Drittleser verwirrt, ist, daß du einen Generator bauen willst und nach einem Elektromotor fragst.
Was dir aber in jedem Falle helfen wird, ist die alte Drei-Finger-Regel: http://de.wikipedia.org/wiki/Drei-Fi...Elektrotechnik
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Alt 12.10.2010, 15:10   #9
SBurak
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Beiträge: 17
Standard

Zitat:
Zitat von Tsunetomo Beitrag anzeigen
Was mich als Drittleser verwirrt, ist, daß du einen Generator bauen willst und nach einem Elektromotor fragst.
Zitat:
Zitat von Tarlanc Beitrag anzeigen
Nein. Ein Elektromotor benötigt Strom und erzeugt Bewegung. Ein Dynamo oder Generator nimmt Bewegung und erzeugt Strom.
Ist zwar fast der gleiche Aufbau, aber halt doch ein kleiner Unterschied
Ja, da habt ihr recht... Hab glaub schon zu viel gegoogelt und dann am Ende Elektromotor und nen Generator vertauscht .
Also dann... was ich haben will ist ein Generator.
Wie sieht es nun mit der Spannung aus?

Zitat:
Zitat von Llewellian Beitrag anzeigen
Sburak, was du bauen willst ist ein Innenpolgenerator, so wie er auch als Fahrraddynamo bekannt ist:

Unter diesem Bild verstehe ich es besser.
Also müssen die Pole ihren Position ändern und nicht wie bei mir an der selben Stelle bleiben und die Pole dürfen nicht parallel zu den Kupferdrähten verlaufen (wie bei mir das erste Bild). Richtig?

Zitat:
Zitat von Tarlanc Beitrag anzeigen
Am besten einen Bausatz zum Bauen von Elektromotoren (zum Beispiel so einen). Mit den Bausätzen lernt man das Wichtigste und versteht danach die Funktionsweise besser.
Wenn das funktioniert, kannst du dich steigern, und einzelne Teile ersetzen. Aber ganz ohne Anleitung einen Motor zu basteln, dürfte schwierig sein.
Das ist ne gute Idee, aber ich hoffe das ist kein Kinderkram wo man das lernt, was man schon wusste .

Zitat:
Zitat von Tsunetomo Beitrag anzeigen
Was dir aber in jedem Falle helfen wird, ist die alte Drei-Finger-Regel: http://de.wikipedia.org/wiki/Drei-Fi...Elektrotechnik
Werde es mir gleich anschauen .

Was mir noch aufgefallen ist, dass die Pole immer dort sind, wo es am längsten ist, so wie auf diesem Bild.
Muss das so sein?
Und wie sieht es bei einem Magnetkugel aus?
SBurak ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.10.2010, 16:41   #10
basti_79
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Ein Elektromotor ist im wesentlichen dasselbe wie ein Generator, nur läuft der Betrieb anders herum... Und ja, wie es da "mit der Spannung aussieht", ist eben ziemlich kompliziert. Ein paar Randbedingungen (Leistung usw.) würden helfen.

Und, ja, wenn sich nicht die Spule "quer" (durch unterschiedliche Bereiche des Magnetfelds) durch das Magnetfeld bewegt, gibt es keinen elektromagnetischen Effekt. Es gibt ein paar potentielle Konstruktionen, die schlicht nicht funktionieren. Möglicherweise geben deine Zeichnungen solche wieder, genau kann ich das aber nicht erkennen.

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basti_79 ist offline   Mit Zitat antworten
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