Hey,
ich habe ein paar Verständnisprobleme. Im Prinzip gibt es doch drei
Fälle
1. Magnetisches Feld
2. Elektrisches Feld
3. Elektromagnetisches Feld
A)Magnetisches Feld kann ich mit Materialien mit hoher Permeabilität
(Dicke ist abhängig von Frequenz) abschirmen. Beim rein elektrischen
Feld kann ich einfach dünnes leitfähiges Material nehmen und beim
Elektromagentischen brauche ich beides. Ist das so richtig?
B)Jetzt meinte ein Freund zu mir, dass ich bei Schaltreglern
hauptsächlich ein magnetisches Feld habe und eben nur dieses abschirmen
muss. Aber eigentlich wird doch die Spannung und der Strom im
KHz-Bereich geschaltet, dann hätte ich doch ein magnetisches und ein
elektrisches Feld?
C)Wann habe ich nun ein elektromagnetisches Feld? Dafür muss ich ja ein
Signal mit einer minimalen Frequenz über etwas abstrahlen, dass sich als
Antenne eignet? Was passiert nun, wenn ich beim elektromagnetischen Feld
nur eine Komponente abschirme? Dann wird das Signal deutlich geschwächt,
besteht aber weiter, oder?
Vielen Dank für die Hilfe
Meiner Kenntnis nach gibt es 2 Felder in der E-Technik.
E - elektrisches Feld
H - magnetisches Feld
Die Verknüpfung beschreiben die Maxwellschen-Gleichungen.
Scheinbar scheint Dir der Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und den
Feldern überhaupt nicht bewusst zu sein.
ich schrieb:> Meiner Kenntnis nach gibt es 2 Felder in der E-Technik.
Weiß ich natürlich, ich schreibe oben auch von 3 Fällen in Bezug auf
Abschirmung (für meine Erklärung)
ich schrieb:> Die Verknüpfung beschreiben die Maxwellschen-Gleichungen.>> Scheinbar scheint Dir der Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und den> Feldern überhaupt nicht bewusst zu sein.
Ich habe mir die formelmässigen Zusammenhänge angeschut, allerdings sind
meine Fragen ein wenig komplexer und lassen sich auf dem Weg für mich
nicht klären. Daher frage ich hier um Hilfe.
Ich kann mit deiner Aussage so nichts anfangen, ich bräuchte mehr Bezug
zu den Punkten
Viele Grüße
Die Maxwell-Gleichungen beschreiben den Elektromagnetismus nach heutiger
Kenntnis komplett. Wenn sich Fragen "auf diesem Weg nicht klären"
lassen, dann sind die Fragen wahrscheinlich Unsinn. ;)
Gerade Deine Frage wird doch durch die Maxwell-Gleichungen hervorragend
beantwortet. Die Lösungen der Maxwell-Gleichungen geben Dir bei
bekannter Ladungs- und Stromverteilung die Stärken des
elektromagnetischen Felds an jedem Punkt.
Aber, um es kurz zu machen: relativ zum Beobachter mit c bewegte
Ladungen erzeugen für diesen nur ein magnetisches Feld. Relativ zum
Beobachter ruhende Ladungen erzeugen für diesen nur ein elektrisches
Feld. Mit einiger Überlegung sieht man ein, dass sich elektrisches und
magnetisches Feld "beliebig" (in großen Anführungszeichen) ineinander
überführen lassen, wenn man sich als Beobachter entsprechend bewegt.
Weniger qualitative Betrachtungen gibt es in vielen Komplexitätsstufen
in Form von Lösungen der Maxwell-Gleichungen, darunter Kram wie das
E-Feld einer Punktladung bzw. statischen Ladungsverteilung, das
Biot-Savart'sche Gesetz für das magnetische Feld einer stationären
Stromdichte, ...
Elektromagnetische Wellen werden immer von beschleunigten (im Gegnsatz
zu sich bewegenden) Ladungen verursacht.
Die von einem Schaltkreis verursachten Felder zu berechnen ist eine sehr
komplexe und numerisch aufwendige Aufgabe. Sicherlich werden aber immer
stationäre magnetische und elektrische Komponenten dabei sein,
abhängig vom Aufbau der Schaltung mehr oder weniger ausgeprägt -- plus
irgendeine Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen.
Gruß,
Sven
ich schrieb:> Meiner Kenntnis nach gibt es 2 Felder in der E-Technik.>> E - elektrisches Feld> H - magnetisches Feld
Was aber empfängt dann ein Radio? Elektrische oder magnetische Felder?
;-).
Jens Martin schrieb:> Was aber empfängt dann ein Radio? Elektrische oder magnetische Felder?> ;-).
Ich verstehe den scherzhaften Charakter der Frage durchaus, aber -- im
Endeffekt ist es doch das E-Feld der Wellen, welches den Strom in der
Antenne verursacht, oder? Das Magnetfeld spielt eigentlich keine Rolle.
Ich bin mir da aber alles andere als sicher, und freue mich über eine
Richtigstellung falls das falsch ist.
Grüße,
Sven
Topfantenne schrieb:> rein physikalisch ist ein Magnetfeld nur ein besonderes Elektrisches> Feld ;)
Naja, also so kann man das finde ich nicht sagen. Magnetische und
elektrische Felder sind schon zwei verschiedene Dinge, und das eine ist
auf jeden Fall nicht nur ein Spezialfall vom anderen oder so.
Sven B. schrieb:> Magnetische und> elektrische Felder sind schon zwei verschiedene Dinge
Eben nicht ;) Beide Felder sind direkte Folge der Coloumbkraft.
Zu C)
Ein elektromagnetisches Feld hast du nach den Maxwell-Gleichungen dann,
wenn sich zeitlich eine Größe ändert. Wenn also nicht nur ein konstanter
Strom fließt und damit in einer Leiterschleife ein zeitlich konstantes
Magnetfeld hervorruft. Oder nicht nur eine konstante Spannung zwischen
einer Leitung und der Masse anliegt, sondern sich diese Größen
zeitabhängig ändern. Während sich Magnetfeld und elektrisches Feld also
bei Gleichstrom und -spannung trennen lassen, sind sie bei allen anderen
Frequenzen verkoppelt. Das elektromagnetische Feld ist dann die
Voraussetzung für die Ausbreitung im Raum unabhängig von Materie, da
sich in der Richtung, in der sich die elektromagnetische Welle
ausbreitet, elektrisches und magnetisches Feld gegenseitig erzeugen.
Insbesondere bei niedrigen Frequenzen ist der Begriff des Nahfeldes von
praktischer Bedeutung. Vereinfacht gesagt, beschreibt er das Phänomen,
dass in der näheren Umgebung des abstrahlenden Elements (der Antenne)
entweder das elektrische oder das magnetische Feld überwiegt, während in
größerer Entfernung das Verhältnis der beiden Felder gegen die
Wellenimpedanz des Mediums (z.B. etwa 120*pi Ohm für den sogenannten
Freiraum) geht.
Topfantenne schrieb:> Eben nicht ;) Beide Felder sind direkte Folge der Coloumbkraft.
Das ist meiner Meinung nach zu sehr vereinfacht. Wenn Du nur das
Coulomb'sche Kraftgesetz voraussetzt, kannst Du über das Magnetfeld
denke ich überhaupt keine Aussagen treffen. Die Kraft, die für das
Magnetfeld wichtig ist, ist die Lorentzkraft*, und die unterscheidet
sich erstmal fundamental von der Coulombkraft. Klar lassen die sich
durch geeignete Koordinatentransformationen ineinaner überführen, aber
trotzdem sind elektrisches und magnetisches Feld zwei getrennte
Phänomene, die auch unterschiedliche theoretische Behandlung benötigen.
Grüße,
Sven
___
* ich meine hier natürlich nur die Komponente mit dem Magnetfeld
Sven B. schrieb:> Ich bin mir da aber alles andere als sicher,
Da kannst du ganz beruhigt sein, weil keiner weiß was das ist, zumindest
kenne ich keinen. Maxwell hat die Mathematik für die Felder
geschaffen(allein das ist schon ein Geniestreich) was aber nur
Beobachtungen in berechenbare Formen gießt.
Das ist in etwa so weit eine "Erklärung" wie eine Formel für Sonnen Auf-
und Untergang ohne die Erkenntnis das die Erde sich dreht und - für
Fortgeschrittene- eine Bahnneigung (der Bahn um die Sonne - für weniger
fortgeschrittene) hat.
Man spricht von elektromagnetischen Wellen wenn's im Radio wieder mal
Werbung gibt. Obwohl die gar nichts dafür können, da ja die Sendeanstalt
in ihrer Geldgier (und den Wahnsinnspensionszahlungen die die Raffkes da
abschmarotzen) Schuld ist. ;-)
Zum Thema selbst kann ich auch was beitragen. Die Frage vereinfacht sich
mit Blick auf die Praxis.
Hast du hohe Magnetfelder (Trafo, Synchrotron, Neutronenstern) brauchst
du ne Magnetische Schirmung, hast du EM-Wellen (Rundfunksender, Röntgen
Zündkerzen) brauchst du n' Schirm dafür, bei "elektrischem Feld" musst
du halt isolieren oder Luftstrecken einplanen.
Jens Martin schrieb:> Da kannst du ganz beruhigt sein, weil keiner weiß was das ist, zumindest> kenne ich keinen. Maxwell hat die Mathematik für die Felder> geschaffen(allein das ist schon ein Geniestreich) was aber nur> Beobachtungen in berechenbare Formen gießt.>> Das ist in etwa so weit eine "Erklärung" wie eine Formel für Sonnen Auf-> und Untergang ohne die Erkenntnis das die Erde sich dreht und - für> Fortgeschrittene- eine Bahnneigung (der Bahn um die Sonne - für weniger> fortgeschrittene) hat.
An dieser Stelle bin ich ganz anderer Meinung. Eine Formel, mit der man
Sonnenauf- und Untergänge berechnen kann, ist eine Art "Fit" an eine
Beobachtung, die eine einzelne Komponente eines komplexen Systems -- und
das meist sogar nur näherungsweise -- beschreibt. Damit sind die
Maxwell-Gleichungen nicht zu vergleichen: die beschreiben nämlich
komplett alles, was es in der Elektrodynamik gibt. Wenn man die
Maxwell-Gleichungen hat, reduziert sich jede weitere Behandlung der
Thematik auf das Finden von Lösungen für diese Gleichungen. Insofern
sind die Gleichungen finde ich schon eine Art "Erklärung", weil mehr
gibt es halt einfach nicht.
Gruß,
Sven
Sven B. schrieb:> mehr gibt es halt einfach nicht.
Klar, weil das ganze was Sie beschreiben ja aus Mathematik besteht. Hab
jetzt grade den Fachbegriff für logischen Kurzschluss nicht zu Hand aber
ist wohl auch so klar.
Nur weil ne Formel komplexer ist als das offensichtliche erklärt Sie
nichts sondern beschreibt. Zusammenhänge halt deswegen heißt es auch
Gesetz und nicht absolute Wahrheit oder dergl. Völlig Ok super nutzbar
aber das "dahinter dann nichts mehr kommt" hat was von "Erde ist eine
Scheibe" was im übrigen nur ein paar Katholiken aus Gründen der
"Deutungshoheit" glaubten und der Rest sich totgelacht hat. (Wie ich
komme ich da grade drauf) ;-).
Na gut, aber so ist das halt mit der Naturwissenschaft. Sicher kann man
an dieser Stelle noch weiter "warum?" fragen, aber das ist dann
Philosophie, und keine Naturwissenschaft mehr. Sicherlich berechtigt und
auch interessant, aber nicht Aufgabe der Physik.
Insbesondere denke ich halt, dass man auf diesem Level zwar nach den
Ursachen fragen kann, aber wenn man eine Antwort findet, kann man diese
nicht überprüfen (nur intern auf Konsistenz etc., aber nicht mit der
Realität vergleichen).
Grüße,
Sven
Sven B. schrieb:> Na gut, aber so ist das halt mit der Naturwissenschaft. Sicher kann man> an dieser Stelle noch weiter "warum?" fragen, aber das ist dann> Philosophie, und keine Naturwissenschaft mehr. Sicherlich berechtigt und> auch interessant, aber nicht Aufgabe der Physik.>> Grüße,> Sven
Nun da wir beide ja jetzt recht haben ;-) frag ich mich wie ich drauf
gekommen bin. Achja, ging um Schirmung - was wollt ich da sagen?
Jetzt weiß ich's wieder. Der Fragesteller sollte da nicht mit zu großem
Respekt dran gehen sondern einfach die Definitionen (die absolut
nützlich und brauchbar sind keine Frage) verstehen und nutzen mit dem
Hintergrund das es eben das ist was man herausgefunden und in Formeln
gegossen hat. Mehr ist nicht.
Dann wird's ganz leicht, siehe oben die Praxis.
Nach tiefgruendigen philosophischen Betrachtungen haben sich die
Experten darueber geeinigt, wieviel Engel auf eine Nadelspitze passen,
aber noch keine der Fragen des TO beantwortet.
J.
Zurück zur Ursprungsfrage:
Karl schrieb:> B)Jetzt meinte ein Freund zu mir, dass ich bei Schaltreglern> hauptsächlich ein magnetisches Feld habe und eben nur dieses abschirmen> muss. Aber eigentlich wird doch die Spannung und der Strom im> KHz-Bereich geschaltet, dann hätte ich doch ein magnetisches und ein> elektrisches Feld?
Das siehst du völlig richtig, man hat prinzipiell immer beides, sobald
dynamische Vorgänge im Spiel sind.
Beim Schaltregeler gibt es irgendwo einen (oder auch mehrere) Schalter,
mit dem Strom geschaltet wird; der Strom fließt dann abwechselnd über
unterschiedliche Pfade. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld.
Im Umschalt-Zeitpunkt hat man dabei ein relativ hohes di/dt, wodurch
sich auch das Magnetfeld schnell ändert. Immer dann, wenn sich ein
Magnetfeld ändert, entsteht auch ein elektrisches Feld, was in anderen
Leitern eine Spannung induzieren kann, wenn diese durch das Magnetfeld
gehen.
Man braucht nicht zwingend ein Material mit hoher Permeabilität, um so
ein Feld abzuschirmen; eine Abschirm-Fläche funktioniert auch.
Allerdings nur für den dynamischen Anteil des Magnetfelds, aber das ist
ja auch das, was man braucht. Die Fläche macht einen Kurzschluss für das
elektrische Feld so dass in der Fläche ein Wirbelstrom fließt. Dieser
Wirbelstrom erzeugt seinerseits ein Magnetfeld, welcher dem äußeren
Magnetfeld entgegenwirkt.
Ein statisches Magnetfeld macht meistens keine Probleme, wenn man nicht
gerade Bauteile hat, die da emfindlich sind (z.B. Hall-Stromsenesoren).
Zusätzlich hat man bei Schaltregelern auch springende Potentiale, also
Leiter, in denen sich die Spannung sehr schnell ändert. Dadurch
entstehen auch direkt elektrische Felder zwischen diesen Leitern und
benachbarten Leitern, die sich schnell ändern. Man hat also eine
kapazitive Kopplung von Störsignalen.
Das ist hauptsächlich dann ein Problem, wenn man ein hochohmiges Signal
(z.B. Feedback-Spannungsteiler) in direkter Nähe zu einer Leitung mit
springendem Potential verlegt. Diese Felder kann man relativ einfach mit
Masse-Flächen (z.B. auf Innenlagen) abschirmen.
Karl schrieb:> C)Wann habe ich nun ein elektromagnetisches Feld? Dafür muss ich ja ein> Signal mit einer minimalen Frequenz über etwas abstrahlen, dass sich als
Wie der Name schon sagt, schaltet der Schaltregler mit einigermaßen
hoher Frequenz (einige kHz bis knapp 1 MHz) ein und aus. Da hast Du ja
schon Deine mehr als minimale Frequenz. Weil der Schaltregler mit
ziemlich steilen Flanken schaltet, ergibt sich ein Rechtecksignal, das
natürlich viele ungerade Oberwellen hat (Fourier!). Die strahlen
natürlich erst recht ab. Deine Leiterbahnen sind zwar Antennen mit
schlechtem Wirkungsgrad, aber abgestrahlt wird trotzdem.
> Antenne eignet? Was passiert nun, wenn ich beim elektromagnetischen Feld> nur eine Komponente abschirme? Dann wird das Signal deutlich geschwächt,> besteht aber weiter, oder?
Egal, ob Du initial ein elektrisches oder magnetisches Feld abstrahlst,
die andere Feldkomponente ergibt sich automatisch. In unmittelbarer Nähe
zur Antenne (Nahfeld) überwiegt die von der Antenne abgestrahlte
Komponente (E oder H), im Fernfeld gleicht sich das aus. Weil sich
elektrische Felder besser abschirmen lassen, schirmt man eben das E-Feld
ab und reduziert so die Gesamtabstrahlung. Nur wenn das nicht hilft, muß
man eben mit mu-Metall auch noch magentisch schirmen.
Jens Martin schrieb:> Was aber empfängt dann ein Radio? Elektrische oder magnetische Felder?> ;-).
Das kommt auf die Antenne an. Die ist entweder für das elektrische Feld
(Teleskopantenne, Dipol, etc.) oder für das magnetische Feld
(http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetantenne) ausgelegt. Die übliche
Ferritantenne für Lang- und Mittelwelle ist übrigens auch eine
Magnetantenne.
Servus
Michael
Jens Martin schrieb:> ab> jetzt grade den Fachbegriff für logischen Kurzschluss nicht zu Hand aber> ist wohl auch so klar.
Kurzschluss ist ein Stromkreis, dessen Radius gegen 0 geht.
:-)
