Zonder elektromotoren, dus motoren die een elektrische stroom kunnen omzetten in beweging, zou onze moderne wereld bij wijze van spreken zelf niet meer draaien. Ze zitten in zo ongeveer alles wat beweegt: van cd-spelers en magnetrons tot hijskranen en treinen. Ze bestaan in alle soorten en maten. De trilfunctie van je mobieltje werkt met een klein elektromotortje, maar er worden ook hele polders drooggehouden met pompen die op een elektromotor werken. En ook de elektrische auto, die zelf geen uitlaatgassen uitstoot, is in opkomst. En het is nog niet eens moeilijk om er zelf een te maken. Hier lees je hoe de elektromotor werkt, in dit artikel vind je een beschrijving hoe je zelf een elektromotor kunt bouwen.
De werking van de elektromotor
Hierboven vind je een filmpje waarin de werking van de elektromotor wordt uitgelegd. In de afbeelding zijn de verschillende onderdelen van de elektromotor uit het filmpje nog eens aangegeven.Zoals je in de figuur en in het filmpje ziet, zijn de belangrijkste onderdelen van de elektromotor een magneet en een spoel. Met een spoel bedoelen we een gedraaid stuk geleidend materiaal. In de figuur en in het filmpje loopt de spoel één keer rond om het wat overzichtelijk te houden, maar in werkelijkheid loopt het stuk metaal meestal veel vaker rond. Een stuk of honderd windingen is niet abnormaal. Dat is omdat de stroom dan niet één keer, maar honderd keer door het magneetveld loopt. En hoe meer stroom, hoe meer kracht. De kracht die een elektromotor aan het draaien brengt, is de zogenaamde Lorentzkracht, die vernoemd is naar de ontdekker Hendrik Lorentz, een Nederlandse natuurkundige. Dat is een kracht die gaat werken als een magnetisch veld loodrecht op een elektrische stroom staat. De kracht werkt dan zelf ook weer loodrecht op de stroom én op het magnetische veld. Omdat het nogal lastig is om je dat voor te stellen (en om het ook nog goed te onthouden), is er de rechterhandregel of FBI-regel. Hoe die in elkaar zit, kun je lezen in het artikel over de FBI-regel
Figuur 1: de onderdelen van de elektromotor: een magneet (1) en een spoel (2) die via het sleepcontact (3) is verbonden met de stroomkabels van de stroombron (4). De blauwe pijlen geven de veldlijnen van het magneetveld aan, de gele pijlen geven aan hoe de stroom door de spoel loopt en de paarse pijlen geven aan hoe de kracht werkt.
Om de motor nu aan het draaien te houden, moet de kracht elke keer dat de spoel een halve slag gedraaid is van richting wisselen. Dat kan door óf het magneetveld óf de stroom om te draaien. Het omdraaien van het magneetveld kan alleen door de hele magneet om te draaien, maar het omkeren van de stroom is veel makkelijker. Bij een motor die op wisselstroom draait gaat dit al helemaal vanzelf: wisselstroom verandert zelf al constant van richting, dus de kracht in de elektromotor ook. De motor gaat dan vanzelf draaien met dezelfde snelheid als de snelheid waarmee de stroom van richting verandert.Als de motor op gelijkstroom draait, moet er net iets meer gebeuren. Gelijkstroom gaat van zichzelf altijd dezelfde kant uit. Om te zorgen dat de stroom toch altijd andersom door de spoel heen gaat, moet er een speciale constructie komen tussen de stroomkabels en de spoel: het sleepcontact, dat de spoel met de kabels verbindt, is in het midden onderbroken. In figuur 2 kun je zien wat dat voor effect heeft: elke kant van de spoel ligt na een halve slag tegen de andere stroomkabel aan. De stroom loopt daardoor na elke halve slag weer in tegenovergestelde richting.
Figuur 2: door de onderbreking in het sleepcontact verandert de stroom in de spoel na elke halve slag van richting.
Het belangrijkste wat nu nog rest te zeggen is dat je ook zelf kunt proberen hoe een elektromotor werkt! Ga daarvoor naar de instructies over hoe je zelf van wat simpele materialen een elektromotor in elkaar kunt zetten.