Lehrstoffverteilung / INTERAKTIVE Formelsammlung Lehrstoffverteilung / INTERAKTIVE Formelsammlung
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Magnetische Grundgrößen |
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Das Phänomen des Magnetismus hängt mit der Elektrizität zusammen. Dieses Kapitel zeigt kurz die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Größen auf.
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Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, bildet sich um den Leiter herum ein Magnetfeld ( = Elektromagnetismus). Der Lauf der Feldlinien kann mit einer Kompassnadel untersucht werden. Er ist kreisförmig in Richtung einer Rechtsschraube, die dem Strom folgt. Die Beobachtung geht auf den Physiker Oersted zurück.
Wenn dieser Leiter zu einer Spule gewickelt wird, wird das Magnetfeld mit jeder Windung stärker. Die Magnetischen Feldlinien "durchfluten" die Kupferwindungen.
Die Durchlutung Q (sprich: "THETA") in
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Ein einfacher Versuch zeigt, wovon die Stärke des Magnetfeldes abhängt.
umso weniger Einfluss hat das Leitermagnetfeld auf die Kompassnadel, und desto stärker richtet sie sich nach dem allgegenwärtigen Erdmagnetfeld aus.
Die Magnetische Feldstärke eines Elektromagneten H in
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In einer Luftspule werden immer die gleiche Anzahl von Feldlinien ( = Feldstärke) je Ampere Strom erzeugt. Das führt zur sogenannten Magnetischen Feldkonstanten m0.
Die Feldstärke ist klein, da die Feldlinien lange sind. Auch ist ihre Anzahl gering, da sich Luft schlecht magnetisieren lässt.
In einem Eisenkern wird die Kraft bei der gleichen Durchflutung einiges stärker. Magnetische Feldlinien breiten sich lieber in Eisen aus. Die magnetische Durchlässigkeit oder Permeabilität der Luft wird um den Faktor der Relativen Durchlässigkeit erhöht.
Die Magnetische Durchlässigkeit m eines Stoffes ergibt sich aus dem Produkt
Wir unterscheiden:
| Werkstoff | relative Permeabilität mr in Vs/Am |
| ferromagnetisch (Eisen, Nickel oder Kobalt) |
2.000 bis 900.000 |
| dia- oder paramagnetisch | ca. 1 |
Die Feldstärke ist gößer. Das zeigt allein schon die Kraft, wenn man einen geschlossenen Kern von Hand öffnen will. Die Feldlinien verlaufen lieber im Eisenkern und sind daher viel kürzer. Auch ist ihre Anzahl größer, da sich Eisen wesentlich besser magnetisieren lässt.
So wie der elektrische Widerstand eines Leiters von Materialzahlen abhängig ist, ist der Widerstand eines Stoffes gegen das Erzeugen eines Magnetfeldes von Materialzahlen abhängig.
Die folgende Tabelle zeigt uns die entsprechenden Größen im Vergleich:
| Leiterwiderstand | Magnetischer Widerstand |
| Leiterlänge l in m | mittlere Feldlinienänge lm in m |
| Leitwert g in Sm/mm2 | Magnetische Durchlässigkeit m in Vs/Am |
| Leiterquerschnitt A in mm2 | Spulen- oder Eisenquerschnitt AFe in m2 |
Die Berechnungsformel kann einfach mit der Formel für den Leitungswiderstand verglichen werden:
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Die Flussdichte kann man sich als Feldliniendichte vorstellen. Also die Anzahl der Feldlinien je m2. Die Induktion B in
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Tesla wanderte 1882 in den USA ein und wurde zunächst Mitarbeiter von Edison. Zu seinen Erfindungen zählen die Mehrfasenströme sowie Drehfeld- oder Induktionsmaschinen. Bekannt ist bis heute die Teslaspule, in der hochfrequente Ströme erzeugt werden, die als Grundlage zur Funktechnik oder der drahtlosen Energieübertragung diente. |
Er kann in einem Diagramm festgehalten werden und zeigt uns die Magnetisierungskennlinie:
Während die Kennlinie der Luftspule eine Gerade ist (die Induktion verhält sich proporzional zur Feldstärke), ist die Kennlinie der Eisenspule gebogen. Das bedeutet, dass der Faktor m in Eisen nicht konstant ist. In Luft ist er ja die Magnetische Feldkonstante.
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Den magnetischen Fluss F (sprich:"PHI") in
Die magnetischen Feldlinien breiten sich kreisförmig aus und sind geschlossen. Sie können damit mit dem elektrischen Strom verglichen werden. Der Magnetismus fließt in einem geschlossenen Magnetischen Kreis. Der Ausbreitung des Magnetismus wirkt ein Magnetischer Widerstand entgegen. Die Ursache für den Magnetismus ist eine stromdurchflossene Spule, die eine Durchflutung erzeugt.
Die Überlegung führt uns zum "Ohmschen Gesetz des Magnetischen Kreises":
Der magnetische Kreis kann eigentlich ähnlich wie ein Stromkreis dargestellt und berechnet werden:
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