Elektromagnet

[TCihmr]

Da das Thema so interessant ist, möchte ich noch an einem einfachen Beispiel zeigen, wie man die Kraft in einem Magnetfeld berechnen kann. Es werden dabei Vereinfachungen benutzt, die die spezielle Rechnung übersichtlich machen, die aber im Auge behalten werden müssen, um nicht die Grenzen ihrer Gültigkeit zu überschreiten.
Der Eisenkern im Bild wird von einer stromdurchflossenen Spule magnetisiert, Gleichstrom(-Impuls).
Der Kern hat eine relative Permeabilität, die groß ist (z.B.>1000) gegenüber dem Verhältnis der magnetischen Weglänge im Eisen zu der in Luft.
Der Polabstand des rechten "Hufeisens" ist größer als die magnetische Weglänge x in Luft.

Bild hier  

Dann kann das Magnetfeld als quaderförmig angesehen werden mit der Querschittsfläche A und mit der Länge x.
(1) Die Energiedichte im magnetischen Feld ist ½*B*H.
Die Energie oder Arbeit des Feldes ist ½*B*H*A*x
Differenziert nach dem Weg ergibt sich die
(2 )Kraft F in Richtung x zu ½*B*H*A.
(4) H ist Strom in Amperewindungen geteilt durch die Magnetfeldlänge.
(5) Damit folgt die Kraft zu 0,06 Newton was etwa der Gewichtskraft von 6 Gramm entspricht.
Bei einer Länge von 1mm erhält man so 60kg, was sicher noch der Erfahrung entspricht. Der Strom ist für die Konfiguration schon einigermaßen groß.
Manfred

Was ist nun x? Ist x die Länge der Spule oder der Abstand zwischen Spule und das Objekt (welches angezogen werden soll) oder vielleicht beides?

Danke für eure Hilfe

[Distel]

Steht doch da: "x ist die magnetische Weglänge in Luft" - sprich der Luftspalt. Da du hier jeweils 2 mal nen Luftspallt von x/2 hast, ist die Gesamtlänge des Luftspaltes 2*x/2=x

[TCihmr]

Wie soll ich aber meine Spule dimensionieren? Welche Länge und welchen Durchmesser soll sie haben?? Diese Grössen müssen doch irgendwo in die Gleichung eingehen.

Gruß und Danke im Voraus

[Manf]

Der Durchmesser des magnetischen Weges ist durch den Kern und den Luftspalt gegeben. Die Länge der Spule auch.

Der Draht sollte nicht länger sein als nötig. Er sollte also direkt auf den Kern oder Wickelkörper aufgebracht werden. Er kann auf der ganzen Länge des Kerns verteilt werden.
Das ist ganz ähnlich wie bei einem Transformator.

(Hast Du die Bezeichnung x im Bild gefunden?)
Manfred

[TCihmr]

Der Durchmesser des magnetischen Weges ist durch den Kern und den Luftspalt gegeben. Die Länge der Spule auch.

Der Draht sollte nicht länger sein als nötig. Er sollte also direkt auf den Kern oder Wickelkörper aufgebracht werden. Er kann auf der ganzen Länge des Kerns verteilt werden.
Das ist ganz ähnlich wie bei einem Transformator.

(Hast Du die Bezeichnung x im Bild gefunden?)
Manfred

Hallo Manfred, ja die Bezeichnung x habe ich gefunden.

Ich will eine Zylinderspule (Eisen Kern) bauen, habe aber keine Ahnung wie ich das Ding nun dimensionieren soll?????

Bespiel Foto:
http://n.ethz.ch/student/mschnell/ms...r/klwspule.jpg

Wenn die Spule eine Kraft von F=0,5 N aufbringen soll, wie kann ich nun herauskriegen wie lang und welchen durchmesser der Eisenkern haben muss

[Manf]

Das Interessante am Magnetismus ist das permeable Material, das Eisen das sich magnetisieren läßt und das Feld stärkt.

Es verstärkt das Feld einige tausend mal. Gegenüber dem Fall ohne Eisen brauchte man also "nur" beispielsweise den 5000- fachen Strom fließen zu lassen, und hätte die gleiche Wirkung, anstelle von 5A also 25000A.

Lange Vorrede, aber was macht man mit der Spule? Mit Eisen füllen? Es geht ja weiter, das Eisen soll die Feldlinien ja nicht nur in einem geraden Teil führen sondern weiter aus der Spule heraus und herum zu dem Punkt wo sie reingekommen sind. Geschlossene Feldlinien in Eisen geführt das ergibt einen hohen Magnetfluß. An einer oder an zwei Stellen kann man dann den Fluß unterbrechen und einen Luftspalt einfügen damit die Kraft etwas bewegen kann.

Sieh Dir mal Hubmagneten und Relais an, in welcher Weise die aufgebaut sind, um den Luftspalt klein zu halten wenn sie viel Kraft benötigen.

Das Bild vom eckigen Hufeisenmagneten ist einigermaßen realistisch, die Spule oder zwei gewickelt und auf die Schenkel gesteckt, das ergibt eine gute Konfiguration um Kraft zu erzeugen.

Sonst, wie gesagt, mit weiten Luftfeldern kann man Kompassnadeln bewegen.

Wenn die Spule eine Kraft von F=0,5 N aufbringen soll, wie kann ich nun herauskriegen wie lang und welchen durchmesser der Eisenkern haben muss

In der Beschreibung ist ein Zahlenbeispiel drin mit n * i, A, x, und F. Du kannst davon ausgehend die Fläche vergrößern oder den Abstand verringern, der Strom mal der Windungszahl ist mit 1000A schon recht hoch.

Manfred

[TCihmr]

In der Beschreibung ist ein Zahlenbeispiel drin mit n * i, A, x, und F. Du kannst davon ausgehend die Fläche vergrößern oder den Abstand verringern, der Strom mal der Windungszahl ist mit 1000A schon recht hoch.

Hallo, super hab das jetzt mit meinen Werten durchgerechnet. Hab die Gleichung nach A umgestellt und meine Werte eingesetzt. Bin damit auf A=7*10^-4 m^2 gekommen.

Allerdings kann ich immer noch nicht die Länge der Spule bestimmen???? Wie kriege ich die Länge in die Gleichung rein??

Danke

[Manf]

In den Voaussetzungen war beschrieben:

Der Kern hat eine relative Permeabilität, die groß ist (z.B.>1000) gegenüber dem Verhältnis der magnetischen Weglänge im Eisen zu der in Luft.

Diese Bedinung führt dazu, dass nur die Länge des Luftspaltes betrachtet werden muss. Wird die Länge des Luftspaltes dann kleiner als 1/100 des Gesamtweges dann ist der Weg im Eisen mit zu betrachten.
Manfred

[TCihmr]

In den Voaussetzungen war beschrieben:

Der Kern hat eine relative Permeabilität, die groß ist (z.B.>1000) gegenüber dem Verhältnis der magnetischen Weglänge im Eisen zu der in Luft.

Diese Bedinung führt dazu, dass nur die Länge des Luftspaltes betrachtet werden muss. Wird die Länge des Luftspaltes dann kleiner als 1/100 des Gesamtweges dann ist der Weg im Eisen mit zu betrachten.
Manfred

Also das mit

kleiner als 1/100 des Gesamtweges

, dass vestehe ich nicht??? Der Luftspalt oder der Abstand bei mir beträgt 4cm !!

Wie lang muss jetzt die Spule sein?????

[Manf]

Wie lang muss jetzt die Spule sein?????

Wenn die Länge des magnetischen Kreises (den Weg der Feldlinien) durch den Kern bestimmt ist, dann ist die Feldstärke von der Länge der Spule unabhängig.
Die Spule sollte den Strom führen auf kurzem Weg um den Kern führen, um den Widerstand nicht zu groß werden zu lassen.

(Nebenbei würde mich schon auch interessieren wie das Thema in der Schule behandelt wird.)
Manfred