Phil's Physics. Philip Häusser
so dass sie noch schmaler werden. Zwirbelt das eine Ende jeweils zu einer Spitze und klappt das andere Ende einmal um, damit es dicker wird.
Befestigt das dicke Ende der Streifen jeweils an einem der Kontakte an der Unterseite des Bohrers. Biegt das Aluminium so, dass es fest sitzt. Achtet darauf, dass sich die beiden Alu-Streifen nicht berühren und ihr einen Kurzschluss erzeugt. Nutzt im Zweifel etwas Tesa, um die Alu-Leiter so zu befestigen, dass sie fest sitzen und sich nicht berühren. Zum Schluss bindet ihr die Leiter auf dem Holzklotz fest.
Die Alu-Leiter verbinden wir jetzt mit den Drähten des Ladekabels. Das schwarze Kabel befestigt ihr an dem Alu-Leiter, der mit dem Minus-Pol am Akkuschrauber verbunden ist. Das rote kommt entsprechend an den Plus-Pol.
Checkt zum Schluss nochmal, dass alles gut befestigt ist, nichts wackelt und auch, dass die Alu-Leiter kein Spiel haben. Dann kann es losgehen! Legt den Holzklotz so auf einen Tisch, dass ihr den Holzlöffel mit einer Hand gut drehen könnt, während ihr die Konstruktion auf dem Tisch mit der anderen Hand gut festhaltet. Jetzt müsst ihr nur noch das Handy einstöpseln und kurbeln! Falls ihr eine Schraubzwinge habt, befestigt den Holzklotz damit sicher am Tisch. Wenn wider Erwarten kein Strom am Handy ankommt, könnt ihr auch versuchen, die Adern aus dem Ladekabel direkt mit den Akkuschrauber-Kontakten zu verbinden.
ES FUNKTIONIERT! ABER WIE LANGE MUSS ICH JETZT KURBELN?
Die meisten Handys werden mit einer Spannung von 5 Volt geladen. Diese Spannung müsst ihr aufrechterhalten, bis das Handy geladen ist. Je langsamer ihr kurbelt, desto geringer ist die Spannung. Ob ihr schnell genug kurbelt, erkennt ihr daran, dass das Lade-Symbol bei eurem Handy aufleuchtet. Die Elektronik im Handy verhindert normalerweise, dass eine höhere Spannung an den Handy-Akku weiter geleitet wird. Es bringt also nichts, wie wild zu kurbeln – der Ladevorgang wird ähnlich lange dauern, wie wenn ihr das Handy über eine Steckdose ladet. Je nach Modell kann man aber schon nach ein paar Minuten Kurbeln das Gerät wieder benutzen. Für einen Notruf auf der Expedition in der Wildnis sollte das hoffentlich reichen … vorausgesetzt, ihr habt Empfang.
SO FUNKTIONIERT ES
Vielleicht fragt ihr euch, wie wir es jetzt geschafft haben, aus einem Akkuschrauber ohne Akku und einer improvisierten Kurbel Strom zu gewinnen. Ganz einfach: Wir haben unsere Muskelkraft benutzt und Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Der Akkuschrauber hat einen mächtigen Elektromotor eingebaut. Wenn der Akku dran steckt, wandelt der Motor elektrische Energie (aus dem Akku) in Bewegungsenergie (zum Schrauben) um. Das Ganze funktioniert aber auch rückwärts, wie bei einem Fahrrad-Dynamo. Da wird Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Wir haben also den Akkuschrauber an das Handy angeschlossen, dann am Motor des Akkuschraubers gedreht und so Strom erzeugt, der das Handy auflädt.
Magneten können ganz schön stark sein. Auf einem Schrottplatz beispielsweise gibt es sogar Kräne mit Magneten, die ein ganzes Auto durch die Luft hieven können. Magneten ziehen aber nicht nur Metall an. Sie können auch Strom ablenken! Klingt unglaublich, ist aber das grundlegende Prinzip eines jeden Elektromotors. Und weil das so einfach ist, bauen wir jetzt selbst einen Elektromotor – aus einem Magneten, einer Batterie und ein bisschen Draht.
SO WIRD’S GEMACHT
Als erstes bauen wir uns eine sogenannte Spule. Das ist ein Draht, der ganz oft im Kreis gewickelt wird. Wenn später Strom durch diese Spule fließt, geht er erst ganz oft im Kreis herum, bevor er die Spule wieder verlässt. Das wird noch nützlich sein.
Messt an einem Ende des Kupferlackdrahtes etwa 5 cm ab. Ab da wickelt ihr den Draht mindestens zehnmal um die Batterie, so dass eine saubere Spule entsteht. Je enger die Windungen, desto besser. Der Draht soll keine Spirale ergeben. Wickelt deshalb lieber den Draht übereinander statt nebeneinander.
Schneidet das andere Ende des Drahtes so ab, dass links und rechts von den kreisförmigen Windungen gleich viel übersteht. Benutzt eine Zange (oder starke Finger) um die beiden Enden um die Windungen herum fest zu knoten. Durch die Lackierung des Kupferlackdrahtes fließt der Strom später auch wirklich durch alle Windungen und nimmt keine »Abkürzung«, auch wenn die Windungen eng aneinander liegen.
Da der Draht eine isolierende Beschichtung hat, wir aber einen Stromkreis herstellen wollen, müssen wir die Beschichtung jetzt an den geraden Endstücken entfernen. Das bekommt ihr beispielsweise hin, indem ihr die Enden ein paarmal durch die Zangenspitzen schleift. Zum Schluss zieht ihr die Enden noch gerade, so dass die Spule ganz symmetrisch ist.
Als nächstes bauen wir aus dem unbeschichteten Draht zwei Halterungen. Dazu schneiden wir jeweils ein 5 cm langes Stück Draht ab. Mit der Zange formt ihr an jeweils einem Ende der beiden Drahtstücke eine Öse. Sie sollte so klein sein, dass der Draht an den Seiten der Spule gerade so durchpasst und die Drahtstücke guten Kontakt miteinander haben.
Jetzt könnt ihr mit dem Klebeband die beiden Halterungen an den beiden Enden der Batterie befestigen. Steckt vorher die Spule durch die Ösen. Damit haben wir einen geschlossenen Stromkreis aus der Drahtspule, den Halterungen und der Batterie. Strom fließt dann von einem Ende der Batterie in die Stütze, durch die Spule und über die andere Stütze wieder in die Batterie. Passt auf, wenn ihr den Motor zusammen baut. Hier fließt jetzt Strom! Die Stromstärke ist zwar nicht gefährlich, aber der Draht kann ganz schön heiß werden, wenn sich der Motor nicht dreht, der Stromkreis aber schon geschlossen ist.
Damit der Motor läuft, fehlt nur noch der Magnet. Befestigt ihn direkt unterhalb der Spule auf der Batterie oder haltet ihn seitlich unterhalb der Spule. Wenn ihr jetzt die Spule antippt, fängt sie an, sich um die eigene Achse zu drehen.
SO FUNKTIONIERT ES
Der Effekt, den ihr hier sehen könnt, heißt Induktion. Ein sperriges Wort für ein cooles Phänomen. Durch den Draht fließt Strom aus der Batterie von einem Ende zum anderen. Weil die Stellen zwischen den verschiedenen Drahtstücken alle leitend sind, fließt der Strom also einmal hoch, das gerade Stück entlang, ein paarmal im Kreis, geradeaus weiter und wieder runter.
Strom kann man sich vorstellen als eine Polonaise von Elektronen. Sie wandern alle hintereinander und nebeneinander den Leiter entlang. Ist ein Magnet in der Nähe, übt er eine magische Wirkung auf die Elektronen aus: Er bildet ein Feld (das Magnetfeld), durch das die Elektronen abgelenkt werden. Schuld daran ist die Lorentzkraft. Sie tritt immer dann auf, wenn sich geladene Teilchen, beispielsweise wie in unserem Fall Elektronen, in einem Magnetfeld bewegen. Die Kraft wirkt dann senkrecht zur Bewegungsrichtung der Teilchen. In unserer Drahtspule bedeutet das: Weil der Magnet ein Magnetfeld erzeugt und Elektronen aufgrund der angeschlossenen Batterie durch den Draht wandern, wollen die Elektronen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausweichen. Das geht nur, wenn sich der Draht anfängt zu drehen. Und fertig ist unser Elektromotor!
Jetzt versteht ihr auch, warum die Spule so clever ist: Weil hier der Strom ganz oft direkt über dem Magneten im Kreis läuft, summiert sich die Lorentzkraft und die Drehbewegung wird stärker. Am oberen Teil der Spule wirkt die Kraft in die andere Richtung als am unteren Teil der Spule. So wird die Rotation immer weiter angetrieben.
AUF DEM WEG ZUM ELEKTROMOTOR
Was ihr hier gebaut habt, ist ein vollwertiger Elektromotor.