Elektromotor - die Physik dahinter einfach erklärt

Aufbau eines Elektromotors - Teile im einfachen Modell

• Ein einfacher Elektromotor besteht aus einem Dauermagneten und einem Elektromagneten, meist eine Spule (mit oder ohne Eisenkern).
• Ist der Motor in Betrieb, dreht sich der Elektromagnet im Feld des Dauermagneten. Als Dauermagnet eignet sich gut ein Hufeisenmagnet.
• Der drehbare Magnet heißt beim Elektromotor übrigens Anker und befindet sich zwischen den Polen des Hufeisenmagneten.
• Dieser Anker ist - wieder im einfachsten Fall - über zwei Schleifkontakte mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden.
• Im Schulexperiment lässt sich der Strom mit einem Taster im Elektromagneten ein- und wieder ausschalten. 
• "Fortgeschrittenere" Modelle verfügen über einen sog. Kommutator, eine Art Umschalter, mit dem die Richtung des Stroms ständig geändert wird. Wieder im einfachsten Fall lässt sich dies über die Schleifringe erreichen: Die Schleifkontakte berühren zwei gegeneinander isolierte Halbringe, die fest mit der Achse des Ankers verbunden sind. Die beiden Anschlüsse der Spule sind dann mit je einer Ringhälfte verbunden.

So arbeitet ein Elektromotor - die Physik dahinter

• Schaltet man mit dem Taster im einfachen Modell des Elektromotors den Strom im richtigen Takt ein und aus, so dreht sich der Stabmagnet in dem Hufeisenmagneten dauernd weiter.
• Mit Einschalten des Stroms wird die Spule mit Elektromagneten und erfährt - je nach Polung - in dem Hufeisenmagneten anziehende und abstoßende Kräfte. Erinnerung: Gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an. Auf diese Weise wird sich die Spule im Hufeisenmagneten etwas drehen.
• Wenn in diesem Augenblick jedoch die Stromrichtung sich ändert, also umgepolt wird, wofür ja im erweiterten Elektromotor der Kommutator sorgt, dann polt sich auch der Elektromagnet um.
• Jetzt stoßen sich wieder die beiden gleichnamigen Pole ab und die ungleichnamigen ziehen sich an - im besten Fall dreht sich der Dauermagnet einfach weiter.
• Eigentlich sollte man jedoch erwarten, dass die Drehung einfach aufhört, wenn sich der Elektromagnet so weit gedreht hat, dass sich ungleichnamige Pole gegenüberstehen. Wenn jedoch in diesem Augenblick gerade der Taster aus ist oder sich die beiden Schleifkontakte gerade auf dem Isolator zwischen den beiden Halbringen befinden, ist der Stromkreis unterbrochen.
• In diesem (kurzen) Augenblick wirken keine magnetischen Kräfte. Doch der Anker ist träge, er dreht sich noch ein bisschen weiter. Dadurch berühren die Schleifkontakte die andere Hälfte des Kommutators, sodass der Stromkreis wieder geschlossen ist.
• Nun kommt es allerdings zur umgekehrten Stromrichtung in der Spule. Entsprechend kehren sich dann auch die Pole - wie oben bereits gesagt - um, sodass der Anker in seiner Drehrichtung dann abgestoßen wird.

Fazit: Die Physik hinter dem Elektromotor ist für jeden, der etwas über magnetische Kräfte gelernt hat, wirklich einfach zu verstehen. Es wird nichts weiter ausgenutzt, als dass magnetische Kräfte zwischen einem Dauermagneten und einem Elektromagneten wirken. Durch "richtigen" Wechsel der Stromrichtung entsteht eine andauernde Drehbewegung. Alle weitergehenden Bauarten von Elektromotoren sind Erweiterungen dieses (relativ einfachen) physikalischen Prinzips. Übrigens: Ein (elektrischer) Generator ist die Umkehrung des Elektromotorprinzips!