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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektromanet stärker mit einem Eisenkern


Autor: marco (Gast)
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Hallo Zusammen Kann mir jemanden erklären warum ein Elektromagnet 
stärker ist mit einem Eisenkern?
Wäre sehr dankbar brauche es am Mittwoch für die Schule

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Duhu... Die Frage an sich ist ja schon interessant. Aber dashier:
> Wäre sehr dankbar brauche es am Mittwoch für die Schule
hätte ich an deiner Stelle nicht erwähnt^^

http://de.wikipedia.org/wiki/Spule_%28Elektrotechn...

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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µ(r) von Eisen ist >> als µ(r) von Luft ...

Gruss

Autor: chorus (Gast)
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> µ(r) von Eisen ist >> als µ(r) von Luft ...

wobei das definitiv keine Erklärung ist.
Zeig mal, ob Du's wirklich verstanden hast und in der Lage bist, eine 
anschauliche Eklärung zu finden.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Physik ist nicht immer ganz leicht zu erklären,
da es wenig Pädagogen mit Ahnung von Physik und womöglich noch
weniger Physiker mit Ahnung von Pädagogik gibt ( ich zähle mich eher
zur letzteren Sorte ).

In meinem nachfolgenden formelmässigem Erklärungsversuch gebe ich 
Beträge an:

Die Feldstärke H bestimmt sich zu:

H=NI/l
( mit NI = Durchflutung = "Amperewindungen"
       l = Länge des Magnetkreises )


Für die "Magnetkraft" ist nun bei gegebenen Magnetabmessungen, d.h. die 
Fläche des "Polschuhs", die dort herrschende magn. Flussdichte B 
bestimmend, und zwar mit:

B = µ(0) µ(r) H
( mit µ(0) = magn. Feldkonstante,
      µ(r) = rel. magn. Feld-"konstante", gibt an, wieviel die magn.
             Feldkonstante des verwendeten Mediums grösser, bzw. auch
             kleiner als die des Vakkuums ist )

Klar, man muss über den gesamten Magnetkreis integrieren, µ(r) ist bei 
ferromagnetischen Werkstoffen weder konstant, noch ein Skalar, zieht de 
Magnet an, ändert sich logischerweise der Magnetkreis im erheblichen 
Masse usw.

=> Warum setzen Hobbyelektroniker, z.T. auch Profis, so ungern Spulen 
ein ?
Dann müssten sie Spulen berechnen ...

Viele Grüsse

Autor: chorus (Gast)
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>In meinem nachfolgenden formelmässigem Erklärungsversuch gebe ich
>Beträge an:

Das nun aber ist genau der Punkt: Eine gute Erklärung muss ohne Formeln 
auskommen.
Ansonsten wäre Deine obige Aussage
> µ(r) von Eisen ist >> als µ(r) von Luft ...
ja völlig ausreichend. Sie ist nämlich für denjenigen verständlich, der 
es sowieso schon weiß.

Am wenigsten Vorwissen braucht man meiner Meinung nach, wenn man ein 
anschauliches mechanisches Modell dazu findet.

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Folgende Überlegungen zur Wirkung des Eisens:

1. Der Strom im Leiter erzeuge eine Feldlinie von 10 cm Länge.

2. Im Weg dieser Feldlinie liegt ein Teil Eisen ( nehmen wir mal 4cm 
an).

3. Wegen der relativen Permeabilität des Eisens, geht die Linie durch 
das Eisen ca. 3000 mal leichter als durch Luft, also entfällt auf 4 cm 
Weg der Feldlinine der magn. Widerstand der Luft.

4. Der gleiche Strom wie vorher muss also effektiv 4 cm weniger Luftweg 
überwinden, also kann er etwa das 1,5 fache an Feld erzeugen als ohne 
Eisen.

Autor: Marco Beffa (Gast)
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Also ich finde die Erklärung von  Nicht_neuer_Hase ausreichend!

u(r) von Luft ist viel kleiner als das von Eisen. Wer sich etwas 
auskennt erkennt leicht dass somit das Eisen viel leichter zu 
magnetisieren ist. d.h. man braucht eine viel kelinere Feldstärke um den 
gleichen Magnetischen Fluss zu erreichen.

Evt. hilft dir auch dieses Modell:

Ein Magnet besteht aus unendlich vielen kleinen sog. Molekularmagneten. 
Diese Molekularmagnete kannst du dir als die kleinste Einheit eines 
Magneten vorstellen. Alle haben einen Nord und Südpol. Gut.

Bei einem Dauermagneten z.B. Kühlschrankmagnet, sind diese 
Molekularmagnete alle in die gleiche Richtung ausgerichtet. -> Sie 
wirken zusammen -> Der Stoff des Kühlschrankmagnetes ist magnetisch.

Bei allen ferromagnetischen Stoffen (Eisen, Nickel, Kobalt) sind diese 
Molekularmagnete z.t. schon ein wenig ausgerichtet. Die Stoffe sind 
leicht magnetisch. Der grösste Teil dieser Molekularmagnete jedoch, ist 
chaotisch gerichtet -> Der Gesamtstoff zeigt beinahe kein magnetisches 
Verhalten

Stell dir jetz vor du bringst einen solchen Stoff, z.b. Eisen in das 
Magnetfeld einer Spule. Was passiert? Genau, diejenigen Molekularmangete 
im Eisen die noch nicht ausgerichtet sind, richten sich jetz in die 
selbe Richtung wie das Magnetfeld der Spule aus. Somit wird der Stoff 
jetz magnetisch. Und dieses Magnetfeld ist natürlich viel stärker als 
das nur von der Spule erzeugte, da ja in der Luft keine solchen 
Molekularmagnete zum ausrichten vorhanden sind.

Nimmst du den Eisenkern nun wieder aus der Spule, so wird je nach 
Eisentyp der Kern selbst magnetisch geworden sein (d.h. das Eisen ist 
"hartmagnetisch"), weil viele der Molekularmagnete ausgerichtet bleiben 
oder der Kern bleibt nicht magnetisch (sog. "weichmagnetisch"), weil 
sich die Molekularmagnete ohne das äussere Feld wieder chaotisch 
richten.


Dies ist natürlich ein sehr einfaches Modell, aber ich denke es wird 
klar worum es geht.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Hallo,
die Erklärung von peter-neu-ulm
gefällt mir am besten.

Gruss

Autor: Der freundliche Bastler von Nebenan (Gast)
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> => Warum setzen Hobbyelektroniker, z.T. auch Profis,
> so ungern Spulen ein ?
> Dann müssten sie Spulen berechnen ...

Gibt es dafür kein Programm?
Nicht jeder Hobbybastler ist ein Physiker, und wenn da mal jemand ein, 
von mir aus auch Konsolenbasiertes, Programm aushecken könnte währe 
allen geholfen.

Oder einfach mal eine Anleitung Marke Kochrezept in normalsterblicher 
Sprache verfasst. ;)

Autor: daniel (Gast)
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gedankenexperiment:
man nehme einen magneten und "klebe" an dessen ende
einen eisenwürfel .. merke die "anziehkraft" zb 1 cm vor kontakt
wiederhole dasselbe mit dem nächsten würfel
wird die kraft kleiner/grösser und warum?

Autor: Dr.Seltsam (Gast)
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Aber eine Frage bleibt bisher völlig außen vor: Warum bewirkt ein 
höherer magnetischer Fluss eine größere Kraft?

> [...] warum ein Elektromagnet stärker ist [...]

So würde ich diese Frage jedenfalls interpretieren.


Gruß
Dr.Seltsam

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Viel hilft viel ...

Gruss

Autor: chorus (Gast)
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>Aber eine Frage bleibt bisher völlig außen vor: Warum bewirkt ein
>höherer magnetischer Fluss eine größere Kraft?

Im Grunde ist das Wort "Fluss" hier fehl am Platze. Ein Fluss ist ein 
Gewässer mit Strömung in dem Wassermoleküle in einem Flussbett mit einer 
gewissen Geschwindigkeit entlang strömen.

Da es keine "Magnetionen" gibt, die irgendwo entlang strömen, ist das 
Bild des Flusses hier fehl am Platze. Hier fliest nichts, rien, niente, 
nada und deshalb gibt es keinen Fluss und auch keine Flussdichte.

Da fällt mir was ein: Wie hoch ist eigentlich die Flussdichte in 
Deutschland? Die Maßeinheit wäre wohl Flüsse/Fläche, oder?

Ich vermute mal, das der Begriff "magnetischer Fluss" historisch 
entstanden ist, so etwas wie der "Äther". Aber leider wurde er nicht in 
gleicher Weise wie die "Äthertheorie" erledigt.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Stimmt !

Im Buch Moeller/Fricke "Grundlagen der Elektrotechnik" stand schon 1976, 
dass die auch hier verwendeten Bezeichnungen für "Magnetisches" 
wenigstens teilweise irreführend sind.
Sie ergeben sich halt aus der Geschichte.

( Anderes Beispiel: "Technische" Stromrichtung ... )

Muss man halt mit leben ...

Gruss

Autor: Marco Beffa (Gast)
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Auch diese Frage lässt sich mit dem Modell beantworten:

Stell dir den höheren Fluss als "stärkeres Magnetfeld" vor. Dieses 
stärkere Magnetfeld richtet nun im Haftmaterial mehr Molekularmagnete 
aus -> grössere Anziehung.

Ich denke so ist es verständlich.

Also ich verstehe nicht warum alle ein so grosses Mysterium aus dem 
Gebiet des Magnetismus machen. Die Grundlagen (Fluss, Flussdichte, 
Durchflutung, Permeabilität) sind nicht wirklich schwieriger zu 
verstehen als andere Themen.  Vieles ist analog zum elektrischen Kreis.

Der Grund warum fast niemand Spulen berechnet ist vielemehr darin zu 
suchen, dass die einfachen Grundformeln bei diesen Berechnungen so 
daneben liegen (aufgrund von unberücksichtigten Effekten), dass es 
einfach viel schneller geht das ganze Aufzbauen und solange zu probieren 
bis man zufrieden ist.

Achja, wer etwas interessiert an Magnetismus ist, der sollte sich mal 
das Programm "FEMM" anschauen! Das Programm ist Freeware und ist in der 
Lage schöne Simulationen von magnetischen (und anderen) Problemen mit 
der Methode der finiten Elemente zu erstelenn und diese dann auch 
graphisch darzustellen. Ich verwendete es bei einer Arbeit zur 
Magnetschwebebahn.

MFG

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