Die Elektrodynamik verbindet Magnetismus und Elektrizität. Das folgende Bild zeigt ein Magnetmodell mit Eisenfeilspänen, die durch einen Magneten gerichtet werden können:





Christian Oersted entdeckte die magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters:




Hohe Spannungen konnte man bereits erzeugen (siehe Elektrostatik). Hohe Ströme wurden um 1800 durch die Erfindung der Galvanischen Elemente und der elektromagnetischen Induktion möglich:

Galvanisches Element (z. B. Kochsalzwasser, Aluminium, Eisen) an verbessertem "Oersted'schem Kompass":




Induktionsversuch:




Modell-Generator:




Jetzt wurden auch langsam "Sicherungen" nötig. Aluminiumstreifen als Schmelzsicherung:




Nach der Lenzschen Regel erfährt ein stromdurchflossener Leiter in einem senkrecht dazu vorhandenen Magnetfeld eine Kraft in der dritten Raumrichtung:





Darauf beruht die Funktion des Faraday Motors:

Video (mp4) zum Faraday-Motor




Ein anderer Motor (Drehstrommotor) kann wie folgt als Modell gebaut werden (die Kompassnadel dreht sich):




Die Wirkungsweise eines Linearmotors wird mit Hilfe dreier Spulen in axialer Anordnung demonstriert. Die Spulen werden an Drehstrom angeschlossen und erzeugen ein Wanderfeld, das sich in Achsenrichtung bewegt. In einem leitfähigen Stab, der durch die Spulen gesteckt wird, werden Wirbelströme erzeugt. Das Feld dieser Ströme übt eine (abstossende) Kraft auf das erzeugende Feld aus (Lenzsche Regel):




Ein Drehstrom-Freileitungsmast. Zu oberst der Nullleiter (gelber Isolator), darunter die drei Phasenleiter (braune Isolatoren). Zusätzlich sind Überspannungsableiter erkennbar, da die Leitung gewitter-exponiert verläuft. Dem Mast entlang führen Erdleitung und eine Abzweigleitung:




Die Grundgesetze der Elektrotechnik lernt man nirgends so gut wie bei der Modelleisenbahn!

Auch das Verschalten logischer Abläufe ist hier sehr anschaulich und übersichtlich.

Bild 1: Automatisches Abwarten des Gegenzuges / logische Verschaltung:




Bild 2: Automatische Sicherung des Zugabstandes (Streckenblock):



Schulmaterial veranschaulicht auch komplexere Zusammenhänge:

Taschenlampenbirnchen via Drossel-Spule direkt am Netz (230 V):
(mit Einschalt-Schutzschalter)





Taschenlampenbirnchen via Kondensator direkt am Netz (230 V) (2 C zu 2 /uF in Serie = 1/uF):
(mit Einschalt-Schutzschalter)





Taschenlampenbirnchen via Kohlewiderstand direkt am Netz (230 V)
(ca. 3800 Ohm für Lämpchen 3.8 V 0.07 A):





Serie-Resonanzkreis bei ca 1000 Hz: Beim Kurzschliessen des Kondensators oder der Spule leuchtet das Lämpchen nicht heller, sonder es löscht ab (!):





Serie-Resonanzkreis bei 40 V / 50 Hz: Beim Kurzschliessen des Kondensators oder der Spule leuchtet ein Glimmlämpchen nicht heller, sonder keines (!) mehr brennt! Die Glimmlampe über den beiden Serie-Lämpchen leuchtet überhaupt nie, weil die Spannungen der beiden Serielämpchen gegenphasig verlaufen und sich damit mehr oder weniger aufheben:





Parallel-Resonanzkreis (ca 1000 Hz). Das Lämpchen der Stromzuführung leuchtet nicht, obwohl im Kreis ein starker Strom die beiden andern Lämpchen zum Leuchten bringt:




Mit vier Elektromagneten und starken Strömen kann auch eine Metallplatte (Aluminium) gehoben werden (Wirbelströme):






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