Elektromagnetismus

Strom durch Spulen

Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, bildet sich um den Leiter herum ein Magnetfeld. Wenn dieser Leiter zu einer Spule gewickelt wird, wird das Magnetfeld mit jeder Windung stärker. Die Spule erzeugt ein Magnetfeld wie ein Stabmagnet mit Magnetischem Nord- und Südpol.

spule2 (8K) rechte_faust (2K)

Die Durchflutung Θ ("Theta")

In einer stromdurchflossenen Spule entsteht ein Magnetismus, der die Spule durchflutet.

luftspule (5K)

Die Durchflutung Θ ist umso größer, je größer der Strom I und je größer die Windungszahl N der Spule ist.

formel-Durchflutung (1K)

Darin ist:

  • I der durch die Spule fließende elektrische Strom
  • N die Windungszahl der Spule

Die Einheit der Durchflutung ist 1A.

Die magnetische Feldstärke H

Je größer die Durchflutung Θ und umso geringer die Länge einer magnetischen Feldlinie lm ist, desto größer ist die Magnetische Feldstärke H.

formel-Feldstaerke (1K)

Darin ist:

  • lm die mittlere Länge der Feldlinien in Eisen in m
  • Θ die Magnetische Durchflutung I*N in A

Die Einheit der Feldstärke ist 1A/m.

Ein Eisenkern sammelt gleichsam die Magnetischen Feldlinien auf und verstärkt damit das Magnetische Feld, in dem praktisch alle Feldlinien auf die Eisenweglänge verkürzen.

eisenspule (6K)

Der Magnetische Fluss Φ (Phi")

Der Magnetismus breitet sich kreisförmig fließend aus. Die Stärke des Magnetischen Flusses Φ hängt von der Größe des Magnetischen Widerstandes Rm und der Durchflutung Θ ab.

formel-MagnFluss (1K)

Die Einheit des Magnetischen Flusses ist 1 Weber oder 1 Voltsekunde. (1Wb = 1V * 1s)

Die Flussdichte oder Induktion B

Die Feldliniendichte also Anzahl der Feldlinien je cm2Flussdichte wird kurz Induktion B genannt, und bezieht den Magnetischen Fluss Φ auf den Eisenquerschnitt AFe.

formel-Flussdichte (1K)

Die Einheit der Flussdichte ist 1Vs/m2 = 1 Tesla. (1T)

Der Magnetische Kreis

mag_Kreis1 (13K)

Wie im Stromkreis kann auch im Magnetischen Kreis unterschieden werden:

  elektrisch magnetisch
Ursache U in V Θ in A
Wirkung I in A Φ in Vs
Verbraucher (Verluste) R in Ω Rm in A/Vs
Zusammenhang
Ohmsches Gesetz
IUR (1K) fluss2 (1K)

Der magnetische Widerstand Rm

Der magnetische Widerstand Rm ist umso größer, je länger die Magnetischen Feldlinien lm sind, je geringer der Eisenquerschnitt AFe ist, und umso geringer die Magnetische Durchlässigkeit μ ist.

formel-MagnWiderstand (1K)

Auch diese Beziehung kann mit der Formel für den elektrischen (Ohmschen) Widerstand vergleichen.

magnetisch elektrisch
R_mag (1K) LWiderstand2 (1K)

Die Einheit des magnetischen Widerstandes ist 1A/Vs.

Die Magnetische Durchlässigkeit oder Permeabilität

Wir gehen von der Durchlässigkeit μ0 von Luft oder Vakuum aus und vergleichen die Permeabilität eines Stoffes im Zahlenverhältnis mit Luft.

mue_null (1K)

Die Permeabilität eines Stoffes ist dann im Verhältnis um den Faktor μr größer:

mue (1K)

Die Magnetisierungskennlinie

Die Durchlässigkeit ( = Permeabilität) von ferromagnetischen Stoffen ist stark von der Feldstärke abhängig.

Das Verhältnis ( = Bruch) von Flussdichte B zu Feldstärke H ergibt die Permeabilität μ.

formel-Permabilität_1 (1K)

Das Ergebnis ist nicht konstant. Die Darstellung dieses Verhältnisses heißt Magnetisierungskennlinie.

mag_KL1 (5K)

Restmagnetismus

Wenn der Strom wieder ausgeschaltet wird, das Magnetische Feld aber (teilweise) erhalten bleibt, sieht das in der Kennlinie so aus.
Die übriggebliebenen Feldlininen werden als Remanenz bezeichnet. Im Diagramm ist der Restmagnetismus als Remanenzinduktion BR eingetragen.

hysteresis1 (3K)

  • (1) Verlauf beim Einschalten
  • (2) Verlauf beim Ausschalten

Um die Remanenzinduktion BR wieder zu zerstören, muß der Magnetwerkstoff wieder entmagnetisiert werden. Das erfolgt mit einem Strom in Gegenrichtung also einer bestimmten "Gegen-Feldstärke", die wir Koerzitivfeldstärke HK nennen.

hysteresis2 (4K)

Magnetisiert man einen Magnetwerkstoff mit Wechselstrom, ergibt das Diagramm die sogenannte Der Strom und die Magnetisierung ändern dauernd die Richtung
es wird also ständig ummagnetisiert.
Hystereseschleife
.

Je breiter die Hystereseschleife ist, desto magnetisch härter ist der Magnetwerkstoff.

hysteresis3 (6K)

Berechnungen

    Die Magnetisierungskennlinie ist interaktiv und beim Überfahren erscheinende 
    Punkte werden in die Rechnung übernommen.
Magnetisierungskennlinien
Magnetisierungskennlinie - Klicken Sie auf die Schnittpunte der Kurven
   
    Das Feld, in das du klickst wird dann neu berechnet, 
    wenn für die Berechnung die nötigen Zahlenwerte vorliegen. 
    Die Reihenfolge der Berechnung kann unterschiedlich sein:
Daten aus der Kennlinie links oder rechts
durch klicken auf aktuelle Schnittpunkte holen,
oder selber eintragen:
μ = B / H B = T; H = A/m;
Berechne die Permeabilität: μ = Vs/Am
Berechne den Magnetischen Fluß: Φ = B / AFe Φ = mWb
AFe = cm2
Berechne den Magnetischen Widerstand: Rm = lm / (μ * AFe) Rm = A/Vs
lm = cm
Berechne die Magnetische Durchflutung: Θ = Φ * Rm Θ = A-Windungen
Berechne die Spulenwindungen: Nm = Θ / I
NW = Windungen
I = A