Elektromagbnet - allgemein

[Magicmarek]

Hallo!

Im Rahmen meiner Diplomarbeit beschaeftige ich mich auch etwas mit Magneten (und da ich Maschinenbauer und kein Physiker oder Elektromensch bin, ist das doch relatives Neuland fuer mich).

Mein Frage(n):

Aehnlich des Magnetspalts in einer Wirbelstrombremse will ich mittels zweier Magnetpole ein Magnetfeld aufbauen.Zwischen den Polen soll ein Spalt vorliegen, durch den das Magnetfeld stroemt. Durch diesen Spalt will ich ferromagnetisches Material (duennes Band) bewegen. Das Band wird, bei nichtzentrischer Lage, von einem der Pole angezogen. Meine Fragen:

1) zu welchem Pol wird das Band angezogen? meiner Meinung nach zum naeheren.

2)Gibt es fuer die Anziehungskraft eine Formel? Diese muesste von der magnetischen Feldstaerke H, der induktivitaet B (Materialeinfluss), des Polflaeche, dem Abstandes zwischen Pol und Band und der Banddicke selber abhaengen. Richtig?
Oder hat jemnad andere Ideen?

3)Inweifern beeinflusst der Abstand zwischen den Polen das Magnetfeld. Habe gelesen, je kleiner der Abstand, desto homogener ist das Magnetfeld. Heisst das, das der Querschnitt des Magnetfeldbereiches dem Magnetpolquerschnitt entspricht? Gibt es auch darueber Untersuchungen und wissenschaftliche Dokumente, die ich evtl. in meine Arbeit mit reinnehmen kann?

Danke

Markus

[PicNick]

Bei mir ist das wohl schon zu lange her und nie gebraucht, jetzt bin ich lieber still, bevor ich was Falsches sage
Aber das fällt in das Bereich dia-, para-, und ferromagnetismus, da sollte das Internet eine Menge hergeben

[H.A.R.R.Y.]

Zu 1) - ja, genau das - sofern das Band nicht selbst magnetisiert ist
Zu 2) - die stehen im Physikbuch, sorry daß ich sie nicht auswendig weiß
Zu 3) - wie jedes Feld: an den Rändern nicht ganz homogen, spielt in der Praxis meist keine große Rolle

Versuch mal diese Doku:
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk3b-2004-2005/

Anmerkung: Selbst wenn das Band exakt in der Mitte läuft und damit theoretisch von beiden Seiten die gleiche Kraftwirkung erfährt, wird in der Praxis das Band immer nach einer Seite wegdriften. Die ganze Sache ist nämlich instabil - ferromagnetisches Band.

[Manf]

Wenn Du Eisenspähne zwischen die Pole streust, dann werden sie sich entlang der Feldlinien anordnen. Das Band wird das gleiche anstreben.

Der angesprochene Effekt mit der Anziehung zur einen Seite entsteht aufgrund der Inhomogenität am Rand des Feldbereichs, nicht in der Mitte der Fläche. Zur Analyse müßten die Kanten der Magnetpole beschrieben werden.
Manfred

[Magicmarek]

danke fuer die schnellen Antworten

hab mal ins Physikbuch (Taschenbuch der Physik) geguckt und dort eine Fomel fuer die magnetische Haltekraft gefunden. Dabei handelt es sich um einen Hufeisenmagneten.

F=B*H*A/2

A = Kontaktflaeche
B= Induktion
H=magnetische Feldstaerke

Formel ist umstellbar so dass F nur von B oder H (jeweils quadriert) und den mue-coeffizienten abhaengig ist.

Da hier aber keine Beziehung zum Abstand gegeben ist, nehm ich mal folgendes an:

Da es sich um einen kleinen Spalt zwischen zwei Magnetpolen handelt, ist B aufgrund geringer, aber weiterhin vorhandener randeffekte, zwar relativ, aber nicht exakt, konstant. B nimmt zur Spaltmitte etwas ab (da die projezierte Flaeche A des Magnetfeld sich etwas vergroessert). Daher wird das Blech immer zum naeheren Pol herangezogen, da aufgrund der Blechdicke auf beiden Seiten eine minimal unterschiedliche Induktion B vorliegt, die auf der Seite, die naeher zu einem Pol liegt, eine groesser Kraft hervorruft.

Klingt das plausibel?

Oder hast jemand doch eine bessere Formel und Erklaerung.

[DrZoidberg]

Wenn Du mit Google suchst solltest Du auch mal den Begriff "Flussdichte" anstelle von Induktion benutzen, den so wird B meistens bezeichnet obwohl Induktion natürlich auch korrekt ist.


Deine Formel gilt natürlich nicht in diesem Fall, da Du hier zwei Kräfte hast, die gegeneinander wirken und nicht nur eine wie bei einem Magnete, der ein Stück Eisen hebt.
In deiner Erklärung sehe ich einen Fehler. Aufgrund der hohen magnetischen Permeabilität und der geringen Dicke des Eisenblechs ist B auf beiden Seiten praktisch gleich. Die anziehende Kraft hängt ab von B im Eisenblech und der Feldstärke H an der Oberfläche des Bleches. Sowohl B als auch H sind auf beiden Seiten so gut wie gleich (natürlich nur direkt an der Oberfläche des Bleches, in 1mm Entfernung sieht es schon anders aus). Die Kraft müsste also gleich gross sein. Allerdings ist die Richtung der Kraft eine andere. Wenn Du dir die Feldlinien aufzeichnest, siehst du dass die Linien auf der einen Seite unter einem anderen Winkel weggehen, sie gehen stärker nach aussen weg. Damit zieht ein Teil der Kraft schräg nach oben und ein anderer Teil schräg nach unten. Die Kräfte heben sich teilweise gegenseitig auf. Insgesamt ist die Kraft auf der einen Seite dann schwächer.

Allerdings bin ich kein Experte auf dem Gebiet. Du solltest meine Erklärung also nochmal überprüfen bevor Du sie für deine Diplomarbeit benutzt.

[Manf]

Die Kraft im Magnetfeld wirkt dort, wo magnetisierbares Material von einem Ort geringer Feldstärke zu einem Ort größerer Feldstärke bewegt werden kann.
Es ist damit die Inhomogenität des Feldes das das Band anzieht. Steht das Band nur quer im homognen Feld dann wird es nicht angezogen.
Die größte Inhomogenität ist an den Kanten der Pole.

In übrigen kommt es auf das Band und seine mechanische Zugspannung an. Ein Stück Tonband das frei nach untern hängend zwischen die Pole geüfhrt wird, wird die Pole miteinander verbinden.
Manfred

[Magicmarek]

@ dr. zoidberg

dann waeren die Kraefte bei exakter zentrischer Lagerung gleich

@ Manf

das band ist schon relativ gespannt. Ein Ausrichtung zu beiden Polen ist nicht moeglich

Aber sind die Imhonogenitaeten am Rand nicht auch gleich (global gesehen)? Meine, wenn man die eine und die andere Seite betrachtet.

@ Alle:
Gibt es fuer Eure Erklaerungen auch Berichte, die ich als referenz verwenden kann? Kann leider schlecht Zitat Manf bzw. DrZoidberg schreiben. ;-)

Oder ich muss das als Vermutung beruecksichtigen, da es im Detail den Leser sowieso nicht interessieren wird.

[PicNick]

Kollege, über Materie im magnetischen Feld hab ich in meinem Physikbuch 12 Seiten (nicht erschöpfend), und da ist Induktion etc. gar nicht dabei. Für eine Diplomarbeit mit definitiven Formeln etc. (samt Quellennachweis) wirst du etwas Literatur einziehen müssen, da helfen dir ein paar kluge Zeilen von uns nix.

[Manf]

Aber sind die Imhonogenitaeten am Rand nicht auch gleich (global gesehen)? Meine, wenn man die eine und die andere Seite betrachtet.
Sie sind grundsätzlich gleich, aber nur von der Mitte aus gleich weit entfernt.

Wenn man an einer näher dran ist, ist sie stärker.

Es gibt sicher einige Physik Vorlesungs Skripten im Netz und ich kann Dir sicher auch das eine oder andere heraussuchen.
Manfred

[Magicmarek]

Hallo!

Sorry, dass ich micht so lange gemeldet habe, aber ich war leider fast eineinhalb Wochen krank. Grippe und das zur unguenstigsten Zeit.

Ich war gestern nochmal an der University of Toronto und habe in ein paar Physikbuechern geschmoeckert.
Leider habe ich bezueglich der magnetischen Anziehung nix richtiges gefunden. Viele verweisen auf Coulomb, aber genaues ist nicht zu finden.

Viellicht kann mir doch noch einer von Euch helfen. Suche nach einer Formel, die mir die Anziehung auf ein ferromagnetisches Blech im Luftspalt eines Elektromagneten angibt. Groessen wie Abstand zum Pol, Polflaeche, Blechdicke und permeabilitaet sollten da meiner Meinung schon vorkommen, da sie auch Einfluss nehmen. Die Gewichtskraft, die in Richtung eines der Pole wirkt, kann vernachlaessigt werden, da das Band gespannt ist.

Hier mal etwas, was ich gefunden habe:

in Physics of Ferromagnetism, Soshin Chikazumi, University of Tokyo

Two magnet poles with strength m1 (Weber) and m2 (Weber) and distance r (m)
the force exerted on one pole by the other is:

F = m1 * m2 / 4 * Pi * mue0 * r*r

mue0 = permeabilitaet im vakuum

Meine Annahmen lauten nun (bitte korrigiert mich, wenn ihr anderer meinung seid):

1) mit m1 und m2 ist der jeweilige magnetische Fluss gemeint, da die Einheit Weber ist

2) aufgrund der magnetischen Induktion im Blech, kann dieses auch als magnet angesehen werden, mit den Polen an den Oberflaechen, die den auesseren poleen entgegenstehen. Somit kann das Blech nach beiden Seiten angezogen werden.

3) welche Richtung das nun ist, wird bei zentrischer Positionierung von Randeffekten entschieden

4) ansonsten wird es in die Richtung gezogen, in der der Abstand am geringsten ist

5) da der Fluss sowohl im Blech, als auch im Pol gleich ist (magnetischer Kreis, keine Streuung) ist die magnetische induktion B in beiden auch in etwa gleich ist. Die Ausbuchtung des magnetischen Flusses wird vernachlaessigt oder angenaehert.

6) es gilt magnetische Induktion B = magnetischger Fluss m/ Flaeche A

7) somit gilt fuer F:

F = B*B*A*A/ 4 * Pi * mue0 * r*r

8) Ergaenzung:

Inwiefern spielt dann die Blechdicke und die Leitfaehigkeit eine Rolle?

Muss ich, um diese beiden Groessen zu beruecksichtigen, exakter werden und zum Beispiel auch den magnetischen Widerstand mitberechnen?


Hoffentlich habe ich jetzt keinen zu sehr verwirrt.

Markus

[Benji]

hallo Magicmarek!

so, dann geb ich auch mal meinen senf dazu ;-)

ich hab da auch so eine formel: F=(B*B*A)/(2*mue0)
=> A = Anzugsfläche



Groessen wie Abstand zum Pol, Polflaeche, Blechdicke und permeabilitaet sollten da meiner Meinung schon vorkommen, da sie auch Einfluss nehmen.


-Abstand zum Pol wird meiner Meinung nach in B berücksichtigt. B verändert sich ja, wenn sich der Abstand zum Magnet verändert.
-Die Polfläche entspricht der Anzugsfläche in dieser Formel.
-Die Blechdicke überlasse ich jetzt mal den andern :-)
-Zu der Permeabilität: Es es gibt sogenannte Magnetisierungskurven [ B=f(H) ] für verschiedene Materialien. Wenn man nun B und H weiss, kann man mueR ausrechnen. Also wird auch die Permeabilität in B berücksichtigt.

Die Magnetisierungskurven kannst du ergoogeln. Wenn du sie nicht findest: die Kurven folgender Materialien hätte ich zur Hand und kann sie dir bei Bedarf schicken:
- Normales Dynamoblech und Stahl
- Kaltgewalztes, kornorientiertes Blech bei Magnetisierung in Walzrichtung (keine Ahnung was das genau ist :-))
- Grauguss

Benji

[Magicmarek]

Hi Benjii

Deine Formel steht bei mir im Handbuch Physik als Formel fuer die Haltekraft eines Magneten. Zusaetzlich steht im Nenner noch die Werstaoffpermeabilitaet.

Weiss wirklich nicht, was jetzt richtig ist ;-(

[Benji]

hmm...

Im Magnetfeld-Dossier hab ich die Formel als "ANZIEHUNGSKRAFT, in [N]". Aber im Formelbuch steht auch Haltekraft. Ich würde sagen, dass du mit dieser Formel nicht auf dem falschen Weg bist.
Sieht man es als Haltekraft, ist das Blech gerade schwer genug um nicht angezogen zu werden. Sieht man es als Anziehungskraft ist es leichter und wird somit vom Magneten angezogen. (Naja, das war ja eine super Erklärung :-))


Zusätzlich steht im Nenner noch die Werstaoffpermeabilitaet

Meinst du mueR, also die relative Permeabilität?

Ich kann dir mal die Formel zeigen wie sie im Dossier steht:

[Ausbilder 'Durchdrücker']

An Benji: Wie sieht B und A hier aus: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=337782#337782.

Grüße

Ausbilder

[BlackDevil]

Das kommt auf ein paar Faktoren an!

Jetzt ist noch die Frage wie B hier Definiert ist... als magnetische Felstärke oder als magnetische Flussdichte... das ist nicht Eindeutig Definiert. Der eine Autor schreibt das so rum der andere so rum...
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Feldst%C3%A4rke
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Flussdichte

[Besserwessi]

Die Formeln für die Haltekraft von Magneten kann man hier kaum gebrauchen, denn die beziehen sich darauf, das das zu haltende Teil die beiden Magnetpole verbindet. Die Kräft and den beiden Seiten an denen das Magnetfeld in die Probe eintritt addieren sich dabei. Bei der hier gestellten Frage sind die beiden Seiten gegenüber und die Kräfte wirken gegeneinander. In einem völlig homogenen Feld wirkt daher auch keine Kraft. Es kommt also auf die Inhomogenität des Feldes am Rand an, und das ist leider recht kompliziert.

Wenn sich das Band bewegt, kommen noch Wirbelstöme dazu.

[BlackDevil]

ja gut man kann aber eine Kugel zwischen zwei Magnetfeldern Festhalten. Genauso kann man mit einem Feld auch eine Kugel zum Schweben bringen.
Das Feld darf dann halt nich Konstant sein