Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektromagnet = Neodym-Magnet


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Hallo zusammen,

da sich ein Elektromagnet genau so verhält wie ein Neodym-Magnet möchte 
ich einen Elektromagneten bauen, der annähernd die gleiche Stärke hat 
wie mein Neodym-Magnet. An dieser Stelle möchte ich euch fragen, ob 
schon jemand von euch reale Erfahrungen damit gemacht hat?

Mein Neodym-Magnet sieht wie folgt aus:

Durchmesser: 8mm
Remanenz Br: 1,29 - 1,32 Tesla
magnetische Flussdichte an den Polen: ca. 0,5 Tesla (gemessen mit 
Teslameter)
Haftkraft: ca. 26,5N

Auf Basis dieser Informationen möchte ich nun einen Elektromagneten 
bauen mit folgenden Eigenschaften:

Weicheisenkern Permeabilität: 5000 (Beispielwert, da nicht bekannt)
Kerndurchmesser: 8mm
Länge Spule: 10mm
Windungen: 50 (dicht gewickelt)
Ampere: < 0,1

Setze ich nun die Werte in die Formel zu Bestimmung der magnetischen 
Flussdichte einens Elektromagneten ein, erhalte ich:

B = µo* µr *I *n/l

B = 0,000001257* 5000 * 0,06A * 50 / 0,01m

B = 1,88 Tesla

Nun habe ich folgendes gelernt:
„An den Enden der Zylinderspule ist die magnetische Flussdichte ungefähr 
halb so groß wie im Innenraum.“
Da die verwendete Formel für den Innenraum der Spule gilt, teile ich den 
Wert und erhalte an den Polseiten ca. 0,9 Tesla.

Verwende ich nun die Formel zur Bestimmung der Kraft eines 
Elektromagneten, erhalte ich:

F = B² * A / 2 * µo

F = 0,9² * 0,0002010619m² / 2 * 0,000001257

F = 64N

Nun erscheint mir dieser Wert aber nicht realistisch. Hat da jemand von 
euch bessere Erfahrungen zwischen Theorie und Praxis?

LG Steven

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Kerndurchmesser: 8mm
> Länge Spule: 10mm
> Windungen: 50 (dicht gewickelt) Ampere: < 0,1
> .....
> F = 64N
> Nun erscheint mir dieser Wert aber nicht realistisch.
Sehe ich auch so.

> Hat da jemand von euch bessere Erfahrungen zwischen Theorie und Praxis?
Ein "offener" elektrischer Stabmagnet ist absolut kraftlos. Eine 
brauchbare (Halte)Kraft bekommt ein elektrischer Magent nur, wenn er als 
Topfmagnet ausgeführt wird.


> 0,0002010619m²
Wie hast du das gerechnet?
Ich komme mit r²pi auf eine Fläche von 0,00005m²

: Bearbeitet durch Moderator
Beitrag #7626179 wurde vom Autor gelöscht.
von Rolf (rolf22)


Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> Wie hast du das gerechnet?
> Ich komme mit r²pi auf eine Fläche von 0,00005m²

Er hat d² * pi gerechnet.

von Marcel V. (mavin)


Lesenswert?

Rolf schrieb:
> Er hat d² * pi gerechnet.

Er braucht jetzt einfach nur noch durch 4 zu teilen, dann kommt das 
gleiche raus, was Lothar rausbekommen hat.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> Wie hast du das gerechnet?
> Ich komme mit r²pi auf eine Fläche von 0,00005m²
Rolf schrieb:
> Er hat d² * pi gerechnet

Mein Fehler.

F = 0,9² * 0,00005m² / 2 * 0,000001257

F = 16N

Das erscheint mir wiederum realistisch.


Lothar M. schrieb:
> Ein "offener" elektrischer Stabmagnet ist absolut kraftlos. Eine
> brauchbare (Halte)Kraft bekommt ein elektrischer Magent nur, wenn er als
> Topfmagnet ausgeführt wird.

Das erscheint mir irgendwie unlogisch. Es muss doch möglich sein, einen 
Elektromagneten exakt so nachbauen zu können wie ein Neodym-Magneten.
Das Magnetfeld funktioniert doch in beiden Fällen identisch.

: Bearbeitet durch User
von Harald K. (kirnbichler)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> da sich ein Elektromagnet genau so verhält wie ein Neodym-Magnet

Neodymmagnete sind Permanentmagnete. Elektromagnete sind keine 
Permanentmagnete.

Beitrag #7626209 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Harald K. schrieb:
> Neodymmagnete sind Permanentmagnete. Elektromagnete sind keine
> Permanentmagnete.

Es geht um die Funktion und Stärke, nicht um den Unterschied des Aufbaus 
oder Herstellung.
In beiden Fällen wirkt ein Magnetfeld. In beiden Fällen sieht das 
Magnetfeld nahezu identisch aus.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #7626245 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626261 wurde von einem Moderator gelöscht.
von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> B = 1,88 Tesla

Sättigungsflussdichte bzw Magnetisierungskurve beachten.

Beitrag #7626269 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626272 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626273 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Weicheisenkern Permeabilität: 5000 (Beispielwert, da nicht bekannt)

Was du hier schnell vergisst:

1. Der Wert gilt für die Anfangspermeabilität, also bei schwachem 
Magnetfeld. Je stärker das Magnetfeld wird desto mehr sättigt das 
Material, die Permeabililtät sinkt bis irgendwann auf einen Wert nahe 1.

2. Die Rechnung gilt so nur wenn die gesamten Magnetfeldlinien in einem 
geschlossenen Weicheisenkreis sind.
Du hast aber nur Weicheisen im Kern der Spule, 80% des magnetischen 
Kreises ist in der Luft.

Daher auch der Hinweis von Lothar oben:
Topfmagnet.
Nur dann hast du annähernd das Feld im Eisen.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #7626298 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Harald K. schrieb:

> Neodymmagnete sind Permanentmagnete. Elektromagnete sind keine
> Permanentmagnete.

Und wenn man sie "permanent" bestromt, werden sie meist zu heiss.
Deshalb werden richtig leistungsfähige (mehrere Tesla) mit supra-
leitenden Spulen gebaut.

von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> da sich ein Elektromagnet genau so verhält wie ein Neodym-Magnet

Wie meinst du das?

von Uwe (neuexxer)


Lesenswert?

> B = µo* µr *I *n/l

Die Formel gilt, wenn der Eisenkern (mit µr>>1) über die ganze
Länge l vorhanden ist.
Ist der Magnetkreis "aussenrum" über Luft (mit µr=1) geschlossen,
ist sie leider unzutreffend.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?


Beitrag #7626330 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626334 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626335 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626358 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626364 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626370 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Martin S. (sirnails)


Lesenswert?

Und so wird ein interessanter Faden verunstaltet von einem Typen, dessen 
Beiträge man als Moderator sofort löschen sollte, und einer Truppe an 
Genervten, die darauf antworten. Das Thema geht flöten, die Made 
übernimmt den Speck und der TO schaut weiterhin in die Röhre.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Martin S. schrieb:
> der TO schaut weiterhin in die Röhre.

Der hat eigentlich genügend Infos erhalten um sich erst mal Schlau zu 
machen und zu erkennen dass sein "Problem" nicht ganz so einfach zu 
lösen ist.

Beitrag #7626395 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626399 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626407 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Hallo Udo,

Udo S. schrieb:
> 1. Der Wert gilt für die Anfangspermeabilität, also bei schwachem
> Magnetfeld. Je stärker das Magnetfeld wird desto mehr sättigt das
> Material, die Permeabililtät sinkt bis irgendwann auf einen Wert nahe 1.

Du meinst damit die Sättigungsflussdichte oder?
Soweit mir bekannt ist, liegt die Sättigung für Weicheisen bei 2 Tesla.
Solange ich diesen Wert nicht überschreite, sollte das kein Problem 
darstellen oder?

Udo S. schrieb:
> 2. Die Rechnung gilt so nur wenn die gesamten Magnetfeldlinien in einem
> geschlossenen Weicheisenkreis sind.
> Du hast aber nur Weicheisen im Kern der Spule, 80% des magnetischen
> Kreises ist in der Luft.

Das ist interessant. Hast du da evtl. Quellen für mich, wo ich mich zu 
diesem Thema belesen kann?
Gilt das dann nicht genauso für Neodym-Magnete? Dort befindet sich der 
magnetische Kreis ja auch hauptsächlich außerhalb.

von Rolf (rolf22)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Das erscheint mir irgendwie unlogisch.

Fakten erscheinen weder logisch noch unlogisch.

> Es muss doch möglich sein, einen Elektromagneten exakt
> so nachbauen zu können wie ein Neodym-Magneten.

"Exakt"?

> Das Magnetfeld funktioniert doch in beiden Fällen identisch.

"Funktioniert"? "Identisch"?
Das Feld in Neodym wird von Elementarmagneten erzeugt, die homogen im 
Magneten verteilt sind.

Das Feld des E-Magneten wird von Leitern erzeugt, die nur außen liegen, 
also ist das Feld nicht unbedingt dasselbe.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Rolf schrieb:
> Das Feld in Neodym wird von Elementarmagneten erzeugt, die homogen im
> Magneten verteilt sind.
>
> Das Feld des E-Magneten wird von Leitern erzeugt, die nur außen liegen,
> also ist das Feld nicht unbedingt dasselbe.

Denk an der Kern!

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?


Beitrag #7626481 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626486 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?


von Rolf (rolf22)


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Denk an der Kern!

Ja, durch den Weicheisenkern wird das Feld sehr ähnlich. Aber ich glaube 
nicht, dass es theoretisch exakt identisch ist.

Wenn man einen einzelnen Draht betrachtet, dann laufen alle seine 
Feldlinien konzentrisch um ihn herum. Das ist bei einem 
Elementarmagneten nicht so.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> 2,15 Tesla.

Eher theoretischer Grenzwert.

Beitrag #7626497 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Rolf schrieb:
> Ja, durch den Weicheisenkern wird das Feld sehr ähnlich. Aber ich glaube
> nicht, dass es theoretisch exakt identisch ist.
>
> Wenn man einen einzelnen Draht betrachtet, dann laufen alle seine
> Feldlinien konzentrisch um ihn herum. Das ist bei einem
> Elementarmagneten nicht so.

So detailliert meinte ich es damit nicht. In beiden Fällen habe ich ein 
Magnetfeld. In beiden Fällen habe ich einen Süd- und Nordpol und eine 
bestimmte Haftkraft. Dabei bezieht sich das "exakt identisch" auf die 
Haftkraft bei gleichem Durchmesser.

Beitrag #7626518 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb
>magnetische Flussdichte an den Polen: ca. 0,5 Tesla (gemessen mit
>Teslameter)

Bei einen magnetischen Kurzschluß steigt aber der magnetische
Fluss und Flussdichte extrem an. Und auch die Haltekraft zu
dem was den Kurzschluß macht. Deshalb sind Topfmagnete ja
so stark. Die Magnetische Flussdichte von deinen Magneten
bleibt also nicht konstant, sie wird größer wenn was
angezogen wird.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Um ein Gefühl für die Feldstärken, Flussdichten und Flüsse im Eisen und 
im Luftspalt zu bekommen, rechne doch einfach mal selbst sehr einfache 
Beispiele durch. Ich habe Dir mal eine Aufgabe beigefügt, welche die 
Studenten berechnen müssen.

von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Deshalb sind Topfmagnete ja
> so stark.

Sein Neodym ist aber kein Topfmagnet, und hat trotzdem eine 
beträchtliche Haltekraft.

Das möchte er gerne nachbauen.

Er begreift nicht, dass, wenn das so einfach wäre, es haufenweise starke 
Elektromagnete gäbe.

Ja, auch ein Neodym wird in der Fabrik erst mal durch einen noch 
stärkeren Elektromagneten magnetisiert.

Das hat man auch damals mit Weicheisen, Stahl und Ferritmagneten 
gemacht, also welchen aus Eisen. Die waren aber gegenüber Neodym 
schwach. Und das liegt am Eisen. Mehr geht damit eben nicht.

Ich weiss nicht genau, wie Neodym in der Fabrik magnetisiert werden, 
aber ich denke in Luftspulen, und die werden (damit sie ein etwa 3 x 
stärkeres Magnetfeld erzeugen als der N52) von so viel Strom 
durchflossen, das sie den nur Bruchteile von Sekunden aushalten ohne zu 
überhitzen. Trotzdem es kein Draht sein wird, sondern Kupferscheiben wie 
grosse Unterlegscheiben nur halt als Spirale. Womöglich auch noch 
wassergekühlt. Die
Deutsche Techna wirds wissen, die stellen si was her.

Also Steven, vergiss es. Guck dir vielleicht mal ein MRT an.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Um ein Gefühl für die Feldstärken, Flussdichten und Flüsse im Eisen und
> im Luftspalt zu bekommen, rechne doch einfach mal selbst sehr einfache
> Beispiele durch. Ich habe Dir mal eine Aufgabe beigefügt, welche die
> Studenten berechnen müssen.

Das ist zwar schön und gut, bezieht aber weder auf meine Rechnung noch 
auf meinen Elektromagenten in Stabform. Auch spielt hier die Haftkraft 
keine Rolle und genau darum geht es ja. Es geht am Ende nur um die 
Haftkraft im Vergleich zwischen Elektromagnet und Neodym-Magnet.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Michael B. schrieb:
> Er begreift nicht, dass, wenn das so einfach wäre, es haufenweise starke
> Elektromagnete gäbe.

Mir geht es nicht darum, ob es einfach ist oder nicht.
Mir geht es ums Prinzip.

Die oben erwähnten Formeln beziehen sich auf ganz normale gut gebaute 
Elektromagnete (dicht gewickelt usw.).
Wenn die Ergebnisse nicht der Realität entsprechen, warum gibt es dann 
diese Formeln?

Wenn mein Neodym-Magnet an den Polseiten eine magnetische Flussdichte 
von 0,5T und mein Elektromagnet laut Formel eine magnetische Flussdichte 
von 0,9T aufweist, warum ist dann die Haftkraft des Elektromagneten an 
den Polseiten geringer als die des Neodym-Magneten?
Das erscheint mir physikalisch unlogisch.
Hat die magnetische Flussdichte unterschiedliche Bedeutungen zwischen 
Elektromagnet und Neodym-Magnet?

von J. T. (chaoskind)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Hat die magnetische Flussdichte unterschiedliche Bedeutungen zwischen
> Elektromagnet und Neodym-Magnet?

Magnetkrams ist lange her bei mir. Wimre kommt es nicht nur auf die 
Flussdichte an, sondern auch auf den Fluss an.

Vergleich zum Strom. Du hast 2 (unrealistisch dicke) Kabel, das eine mit 
Leiterquerschnitt 1m^2, das andere mit 1cm^2. Durch beide schickst du 
ein A. Im dicken Kabel macht das 1A/m^2 "Flussdichte", im dünnen 
10kA/m^2.
Wie man das wieder in ein schönes Bild für die Haltekraft zurück 
übersetzt, bekomme ich aus dem Stegreif nicht mehr zusammen.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>F = B² * A / 2 * µo

>F = 0,9² * 0,0002010619m² / 2 * 0,000001257

>F = 64N

>Nun erscheint mir dieser Wert aber nicht realistisch.

Hier ist nirgends die Luftspaltlänge drinn, davon ist
aber die Flussdichte und damit auch die Kraft abhängig.
Die Luftspaltlänge ist aber bei einen Stabmagnet sehr
groß, daß ist der Weg wo die Feldlinien im magnetischen
Kreis durch die Luft müssen.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

J. T. schrieb:
> Magnetkrams ist lange her bei mir. Wimre kommt es nicht nur auf die
> Flussdichte an, sondern auch auf den Fluss an.

Der magnetische Fluss phi Φ wird aus der magnetischen Flussdichte B und 
der Fläche A zusammengesetzt.

Die Fläche A ist in beiden Fällen gleich. Die magnetische Flussdichte B 
ist laut Theorie im Elektromagnet stärker. Einen Zusammenhang für den 
Unterschied der Haftkraft sehe ich da nicht.
Falls es doch so ist, würde mich das sehr interessieren.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Hier ist nirgends die Luftspaltlänge drinn, davon ist
> aber die Flussdichte und damit auch die Kraft abhängig.
> Die Luftspaltlänge ist aber bei einen Stabmagnet sehr
> groß, daß ist der Weg wo die Feldlinien im magnetischen
> Kreis durch die Luft müssen.

Hast du da eine Quelle für mich wo ich mich dazu belesen kann?
Ich habe leider nichts dazu gefunden.
Welche Formel verwendet man dafür? Worauf bezieht sich dann diese Formel 
F = B² * A / 2 * µo?
Bei dem Neodym-Magneten müssen die Feldlinien auch durch die Luft. Warum 
ist da aber die Flussdichte und die Kraft nicht abhängig?

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Hat die magnetische Flussdichte unterschiedliche Bedeutungen zwischen
>Elektromagnet und Neodym-Magnet?

Nein.




Berechnung der Kraft beim Elektromagnet:

https://www.elektroniktutor.de/elektrophysik/mfeldgr.html

von Michael B. schrieb:
>Sein Neodym ist aber kein Topfmagnet, und hat trotzdem eine
>beträchtliche Haltekraft.

>Das möchte er gerne nachbauen.

Theoretisch muß nur die Ampere*Windungen groß genug sein.
Der Kern darf nur nicht in die magnetische Sättigung kommen.
Und dann kommt noch das Problem der Wärmeentwicklung der
Wicklung hinzu. Man müßte einen Draht haben ohne ohmschen
Widerstand.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?


von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Der Kern darf nur nicht in die magnetische Sättigung kommen.

Darf er schon, aber schon vorher verpulvert man viel vom Strom.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Michael B. schrieb:

> Guck dir vielleicht mal ein MRT an.

Normalerweise guckt das MRT Dich an. Und zwar Dein Inneres.
Bei MRT-Geraten ist übrigens die magnetische Flussdichte,
gemessen in Tesla, eine Art Qualitätsmerkmal. Je höher der
Wert, desto besser die Bilder.

: Bearbeitet durch User
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Berechnung der Kraft beim Elektromagnet:
>
> https://www.elektroniktutor.de/elektrophysik/mfeldgr.html

Magnetische Flussdichte:
"Ein elektrischer Leiter der Länge s soll sich in einem äußeren 
Magnetfeld H befinden und vom elektrischen Strom I durchflossen werden. 
Das vom Leiter erzeugte magnetische Feld überlagert sich mit dem äußeren 
Feld. Auf den Leiter wird eine Kraft ausgeübt, die proportional zum 
Strom I und der Leiterlänge s ist, die sich im äußeren Feld befindet."

Es ist nicht ganz klar, wie ich s bestimme. Ist es nun die Länge des 
Leiters oder die Länge der Spule?

Angegeben ist die Formel:

F = I* s* B

F = 0,06A * 0,01m * 0,9T

F = 0,00054N

Hier habe ich die Länge der Spule angegeben. Allerdings erscheint mir 
dieser Wert etwas quatschig.

von Purzel H. (hacky)


Lesenswert?

Die Kraft eines Magneten liegt nicht am Feld, sondern am Feld 
Gradienten. Und der ist erst mal der geometrischen Konfiguration 
geschuldet. Im Wesentlichen geht es darum, wie sich der Magnetkreis 
veraendert, wenn etwas angezogen wird.
Zum Vergleich.. in einem homogenen Feld wird nichts angezogen

: Bearbeitet durch User
von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Harald K. schrieb:
>
>> Neodymmagnete sind Permanentmagnete. Elektromagnete sind keine
>> Permanentmagnete.
>
> Und wenn man sie "permanent" bestromt, werden sie meist zu heiss.
> Deshalb werden richtig leistungsfähige (mehrere Tesla) mit supra-
> leitenden Spulen gebaut.

Oder man verwendet tasächlich "bespulte" Permanentmagnete, die nur zum 
Loslassen kurz mit Strom versorgt werden, um das Feld aufzuheben ...

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Das ist zwar schön und gut, bezieht aber weder auf meine Rechnung noch
> auf meinen Elektromagenten in Stabform. Auch spielt hier die Haftkraft
> keine Rolle und genau darum geht es ja.

Oft habe ich das Gefühl, das Fragende immer eine zugeschnittene 
Formelantwort haben möchten und weniger am physikalischen Hintergrund 
interessiert sind. Selbstverständlich bezieht sich meine Rechnung auf 
jegliche Form von Magneten. Mache einfach einen Stabmagneten mit 
unendlicher Länge daraus. Die Haltekraft kann man sehr gut aus der 
Erweiterung der Coulombkraft von Monopolen zu Dipolen berechnen. Sie 
nimmt übrigens mit 1/l^4 ab, wie wir hier [1] bereits diskutiert haben.
Eine weitere sehr einfache Möglichkeit ist z.B. die Nutzung von FEMM 
[2]. Die Ergebnisse bei einfachen Geometrien sind sehr realistisch.

[1] Beitrag "Re: Physikprojekte"
[2] https://www.femm.info/wiki/HomePage

: Bearbeitet durch User
von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)



Lesenswert?

Wolfgang R. schrieb im Beitrag #7626261:
> Ernst schrieb im Beitrag #7626209:
>> hör auf zu lügen, kauf Dir ein Buch und fülle Deide Defizite.
>
> Hör auf zu beleidigen und kauf dir einen Knigge.

Seit wann ist der deutliche Hinweis auf (grobe) Fehler eine Beleidigung, 
nie eine Schule besucht?!

Anbei mal drei verschiedene Buchauszüge, zwei davon aus dedizierten 
Bastelbüchern. Das Verstehen der Letzteren wird wohl an der 
Verweigerung, Fraktur-lesen-lernen scheitern, sei's drum.

Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule und das einen 
Stabmagneten ist nicht gleich, da sich ersteres aus der Überlagerung des 
Feldes der bewegten Ladungen ergibt und somit von der verwendeten 
Wickeltechnik (überlappend, etc) abhängig ist.
Und natürlich muss man sich um die Ausgestaltung des optimalen Wickels 
Gedanken machen, wenn man sowas praktisch bauen will. Und der Selbstbau 
und die Theorie dahinter wird eben in Dutzenden Büchern Altersgerecht 
beschrieben. Also sei kein Idiot und benutze die Literatur.

Beitrag #7626835 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Martin S. (sirnails)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Oft habe ich das Gefühl, das Fragende immer eine zugeschnittene
> Formelantwort haben möchten und weniger am physikalischen Hintergrund
> interessiert sind.

Und hier ist der Fragende am Hintergrund interessiert, aber von vielen 
antwortenden wird die Frage gar nicht verstanden. Und die anderen 
palavern einfach nur irgendeinen Bullshit.

Ich habe die Frage des TO so verstanden, und finde sein Unverständnis 
auch nachvollziehbar:

Man hat einen Zylinder aus Neodym(legierung) mit 1cm Durchmesser und 
10mm höhe. Dieser Magnet kann eine enorme Kraftwirkung erzeugen, hat 
aber nur einen vergleichsweise niedrige Flussdichte von 0,5T. Baut er 
nun einen Elektromagnet mit ebenso 0,5T, so ist die Kraftwirkung dieses 
Magneten (nicht die Haltekraft bei geschlossenem magnetischen Kreis) 
weitaus niedriger. Und das "warum" interessiert ihn.

Die Frage, die ich an dieser Stelle an den TO habe: Kann es sein, dass 
Dein Nd-Magnet ein Diametralmagnet ist?

Beitrag #7626841 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626911 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7626915 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Martin S. (sirnails)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

In zwei einfachen Schritten zum Erfolg...

von Steven (muellermilch)



Lesenswert?

Martin S. schrieb:
> Man hat einen Zylinder aus Neodym(legierung) mit 1cm Durchmesser und
> 10mm höhe. Dieser Magnet kann eine enorme Kraftwirkung erzeugen, hat
> aber nur einen vergleichsweise niedrige Flussdichte von 0,5T. Baut er
> nun einen Elektromagnet mit ebenso 0,5T, so ist die Kraftwirkung dieses
> Magneten (nicht die Haltekraft bei geschlossenem magnetischen Kreis)
> weitaus niedriger. Und das "warum" interessiert ihn.

Dankeschön Martin! Genau darum geht es!
Übrigens habe ich eine Luftspule gebaut und die Messung an den Polseiten 
mit der Formel verglichen. Die Formel stimmt und passt mit dem Ergebnis 
überein.
Ich darf also die Formel zu Bestimmung der magnetischen Flussdichte an 
den Polseiten verwenden, natürlich unter perfekten Voraussetzungen.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> "Ein elektrischer Leiter der Länge s soll sich in einem äußeren
> Magnetfeld H befinden und vom elektrischen Strom I durchflossen werden.

Steven schrieb:
> Angegeben ist die Formel:
>
> F = I* s* B

Steven schrieb:
> Hier habe ich die Länge der Spule angegeben. Allerdings erscheint mir
> dieser Wert etwas quatschig.

Sorry Steven, das ist ziemlicher Humbug.
Du solltest lernen wann eine Formel gilt, und wann nicht.

Die oben angegebene Formel gilt nur für einen geraden 
stromdurchflossenen Leiter in einem homogenen Magnetfeld.

Dein Problem ist eine Spule mit bestimmten geometrischen Abmessungen, 
das von ihr erzeugte Magnetfeld und die Kraft die durch dieses 
Magnetfeld auf ein Stück Eisen ausgeübt werden kann.
Und dieses Problem kann man nicht mit einer einfachen Formel lösen, 
sondern eigentlich nur durch Finite Elemente Rechnung annähern.
Die Welt des Magnetismus ist deutlich komplexer als du dir das 
vorstellst.

In der Realität kann man keine so kleine Spule wickeln die ein so 
starkes Magnetfeld wie ein Neodym dauerhaft erzeugen kann, außer man 
benutzt Supraleiter.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Udo S. schrieb:
> Sorry Steven, das ist ziemlicher Humbug.
> Du solltest lernen wann eine Formel gilt, und wann nicht.
>
> Die oben angegebene Formel gilt nur für einen geraden
> stromdurchflossenen Leiter in einem homogenen Magnetfeld

Hallo Udo, das bezog sich auf das hier:

Günter L. schrieb:
> Hier ist nirgends die Luftspaltlänge drinn, davon ist
> aber die Flussdichte und damit auch die Kraft abhängig.
> Die Luftspaltlänge ist aber bei einen Stabmagnet sehr
> groß, daß ist der Weg wo die Feldlinien im magnetischen
> Kreis durch die Luft müssen.

und die Informationen habe ich entsprechend von hier:

Günter L. schrieb:
> https://www.elektroniktutor.de/elektrophysik/mfeldgr.html

Viele Experten, unterschiedliche Meinungen.

Udo S. schrieb:
> Die Welt des Magnetismus ist deutlich komplexer als du dir das
> vorstellst.
>
> In der Realität kann man keine so kleine Spule wickeln die ein so
> starkes Magnetfeld wie ein Neodym dauerhaft erzeugen kann, außer man
> benutzt Supraleiter.

Das ist mir schon bewusst, dennoch würde ich gerne das was Martin für 
mich so schön beschrieben hat, verstehen:

Kannst du mir das erklären?

Martin S. schrieb:
> Man hat einen Zylinder aus Neodym(legierung) mit 1cm Durchmesser und
> 10mm höhe. Dieser Magnet kann eine enorme Kraftwirkung erzeugen, hat
> aber nur einen vergleichsweise niedrige Flussdichte von 0,5T. Baut er
> nun einen Elektromagnet mit ebenso 0,5T, so ist die Kraftwirkung dieses
> Magneten (nicht die Haltekraft bei geschlossenem magnetischen Kreis)
> weitaus niedriger. Und das "warum" interessiert ihn.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Bei dem Neodym-Magneten müssen die Feldlinien auch durch die Luft. Warum
>ist da aber die Flussdichte und die Kraft nicht abhängig?

Wie kommst du darauf?
Natürlich ist beim Neodym-Magneten die Flussdichte und
die Kraft vom Luftspalt oder Weg durch die Luft
genauso abhängig. Da ist kein Unterschied.
Die Luft stellt im magnetischen Kreis einen magnetischen
Widerstand dar, ob nun Dauermagnet oder Elektromagnet spielt
dabei keine Rolle. Wenn der wegfällt steigt der magnetische
Fluss extrem an.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Da ist kein Unterschied.
> Die Luft stellt im magnetischen Kreis einen magnetischen
> Widerstand dar, ob nun Dauermagnet oder Elektromagnet spielt
> dabei keine Rolle.

Aha! Da haben wir es. Warum ist dann mein Elektromagnet schwächer als 
mein Neodym-Magnet bei gleicher magnetischer Flussdichte?
Wenn die magnetische Flussdichte identisch ist, sollte doch die 
Haftkraft auch identisch sein?

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Warum ist dann mein Elektromagnet schwächer als
>mein Neodym-Magnet bei gleicher magnetischer Flussdichte?

Bei gleicher magnetischer Flussdichte sind beide gleich
stark. Wenn das nicht so ist, hast du einen Fehler gemacht
beim ermitteln der Flussdichte des Elektromagneten oder
beim messen der Flussdichte.

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> von Steven schrieb:
>>Warum ist dann mein Elektromagnet schwächer als
>>mein Neodym-Magnet bei gleicher magnetischer Flussdichte?
>
> Bei gleicher magnetischer Flussdichte sind beide gleich
> stark.

Nein!

Sie wären nur dann gleich stark [1], wenn außer der Flußdichte auch die 
geometrische Form des Feldes gleich wäre. Ist sie aber nicht.

[1] stark bzw. schwach bezieht sich hier auf die Stärke der Anziehung 
eines Gegenstandes aufgrund des Magnetfeldes


Ich weise nochmal auf einen Beitrag weiter oben hin:

Purzel H. schrieb:
> Die Kraft eines Magneten liegt nicht am Feld, sondern am Feld
> Gradienten. Und der ist erst mal der geometrischen Konfiguration
> geschuldet. Im Wesentlichen geht es darum, wie sich der Magnetkreis
> veraendert, wenn etwas angezogen wird.

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


Lesenswert?

Manche Handies haben ein Magnetometer verbaut, vielleicht kannst du 
damit eine Abschätzung vornehmen.

https://www.researchgate.net/figure/Measuring-in-Phyphox-using-a-smartphones-magnetometer-The-magnetometer-is-approximately_fig2_349113914

Für einen Kraftvergleich genügt dem Hobbyisten eine Art Balkenwaage und 
das Hebelgesetz.

: Bearbeitet durch User
von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Bei gleicher magnetischer Flussdichte sind beide gleich
> stark. Wenn das nicht so ist, hast du einen Fehler gemacht
> beim ermitteln der Flussdichte des Elektromagneten oder
> beim messen der Flussdichte.

Das widerspricht aber die Aussage von Udo.

Udo S. schrieb:
> In der Realität kann man keine so kleine Spule wickeln die ein so
> starkes Magnetfeld wie ein Neodym dauerhaft erzeugen kann

Udo S. schrieb:
> Und dieses Problem kann man nicht mit einer einfachen Formel lösen

Auch stelle ich mir die Frage, warum es nicht so einfach sein soll wie 
z.B. hier erklärt:
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=F%C3%BCr%20die%20magnetische%20Feldst%C3%A4rke%20(magnetische,den%20materialabh%C3%A4ngigen%20Faktor%20verst%C3%A4rkt%20werden.

Welche Relevanz haben solche Definitionen denn? Wenn dieses Problem 
nicht mit einer einfachen Formel gelöst werden kann, wofür gibt es dann 
diese Formel? Die Formel ist mit bestimmten Vorraussetzungen klar 
definiert und trotzdem ist es falsch diese Formel zu verwenden? Paradox.
Warum werden solche Formeln dann in Schulen etc. verwendet, wenn es am 
Ende doch nicht so einfach ist und nicht der Realität entsprechen?

Im Anhang findet ihr einen selbst gebauten Elektromagneten. Leider hat 
der Kern nicht die gewünschte Permeabilität geliefert. Die magnetische 
Flussdichte der Spule passte aber mit der Formel überein.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:
> Nein!
>
> Sie wären nur dann gleich stark [1], wenn außer der Flußdichte auch die
> geometrische Form des Feldes gleich wäre. Ist sie aber nicht.
>
> [1] stark bzw. schwach bezieht sich hier auf die Stärke der Anziehung
> eines Gegenstandes aufgrund des Magnetfeldes

Hallo Axel,

wie sieht denn die geometrische Form des Feldes eines Dauermagneten und 
eines Elektromagneten aus? Hast du da vllt Quellen für mich?

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Axel S. schrieb:
>Sie wären nur dann gleich stark [1], wenn außer der Flußdichte auch die
>geometrische Form des Feldes gleich wäre. Ist sie aber nicht.

Das habe ich bei meinen Gedanken vorausgesetzt,
daß beide die gleichen mechanischen Abmaße haben
und die Feldlinien den gleichen Richtungsverlauf haben.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Vielleicht hilft das hier weiter:

https://www.youtube.com/watch?v=rPLCQhE_L8E

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Vielleicht hilft das hier weiter:
>
> https://www.youtube.com/watch?v=rPLCQhE_L8E

Inwiefern soll das helfen? Du vergleichst hier einen fast geschlossen 
Eisenkern mit einem Elektromagneten wo der Kern genauso lang ist wie die 
Spule. Der magnetische Kreis findet hier nicht über den Eisenkern statt.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Der magnetische Kreis findet hier nicht über den Eisenkern statt.

Natürlich findet der magnetische Kreis über den Eisenkern statt.
Der magnetische Kreis ist eine Reihenschaltung von magnetischen
Widerstand des Eisenkerns und magnetischen Widerstand der Luft.

Hier mal ein interessantes Experiment auf Youtube:
Länge der Spule 30cm, 30 Windungen und ein Strom 5,2A.
Bei eingeschobenen Eisenkern eine Flussdichte von 0,00754T
Für eine Flussdichte von 0,5T müßte dann ein Strom von
355A fließen. Da würde der Draht dann hell aufleuchten und
verglühen.

https://www.youtube.com/watch?v=Oyh_9yibfv0

von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:
> Nein!
> Sie wären nur dann gleich stark [1], wenn außer der Flußdichte auch die
> geometrische Form des Feldes gleich wäre

Doch !

Er will ja eine Elektrospule genau wie den Neidymmagneten.

Also hätte er auch dieselbe Geometrie.

Steven schrieb:
> Günter L. schrieb:
>> Bei gleicher magnetischer Flussdichte sind beide gleich
>> stark. Wenn das nicht so ist, hast du einen Fehler gemacht
>> beim ermitteln der Flussdichte des Elektromagneten oder
>> beim messen der Flussdichte.
>
> Das widerspricht aber die Aussage von Udo.

Günters Aussage ist richtig.

> Udo S. schrieb:
>> In der Realität kann man keine so kleine Spule wickeln die ein so
>> starkes Magnetfeld wie ein Neodym dauerhaft erzeugen kann

Udos zitierte Aussage auch.

Günter L. schrieb:
> Theoretisch muß nur die Ampere*Windungen groß genug sein.
> Der Kern darf nur nicht in die magnetische Sättigung kommen.
> Und dann kommt noch das Problem der Wärmeentwicklung der
> Wicklung hinzu. Man müßte einen Draht haben ohne ohmschen
> Widerstand.

So ist das.

Magnete sind nicht mein Metier, aber irgendwo habe ich her, dass ein 
Ring aus Neodymmagnezen ohne Luftspalt zu 13 Tesla führt. Weit mehr als 
die 2 Tesla die ein Eisenkern könnte.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Michael B. schrieb:
> Magnete sind nicht mein Metier, aber irgendwo habe ich her, dass ein
> Ring aus Neodymmagnezen ohne Luftspalt zu 13 Tesla führt. Weit mehr als
> die 2 Tesla die ein Eisenkern könnte.

Ein schönes Märchen.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Natürlich findet der magnetische Kreis über den Eisenkern statt.
> Der magnetische Kreis ist eine Reihenschaltung von magnetischen
> Widerstand des Eisenkerns und magnetischen Widerstand der Luft.

Er findet aber nicht zu 99% wie in deinem Beispiel statt. Wie genau 
möchtest du dein Beispiel auf meinen Elektromagenten anwenden?

Günter L. schrieb:
> Hier mal ein interessantes Experiment auf Youtube:
> Länge der Spule 30cm, 30 Windungen und ein Strom 5,2A.
> Bei eingeschobenen Eisenkern eine Flussdichte von 0,00754T
> Für eine Flussdichte von 0,5T müßte dann ein Strom von
> 355A fließen. Da würde der Draht dann hell aufleuchten und
> verglühen.

Na rechnen wir doch einfach mal mit der Standardformel nach und 
vergleichen:

B = µo *I *n/l

B = 0,000001257* 5,2A * 30 / 0,3m

B = 0,65mT

In dem Video wird ein Wert ohne Eisenkern von ca. 1mT gemessen.
Die Formel liegt also sogar deutlich unter dem Messwert!
Nun wird ein Eisenkern reingeschoben und der Wert erhöht sich auf 7,5mT.
Das heißt der Eisenkern hat eine Permeabilität von 7,5 µr.
Nun nehmen wir mal an, unser Eisenkern hat eine Permeabilität von 1000 
µr, dann liegt der Wert plötzlich bei ca. 1000mT bzw. 1 Tesla.
Und Ruckzuck habe ich meine 0,5T an den Polseiten ohne den Stromwert zu 
verändern.

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Miss doch die Permeabilität deines Kerns, und das bei Nennstrom der 
Spule.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Das heißt der Eisenkern hat eine Permeabilität von 7,5 µr.

Warum sollte der Eisenkern der dort reingeschoben wird
nur 7,5µr haben?

In der nachfolgenden Tabelle steht Eisen 300... 10000

https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Permeabilit%C3%A4t

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Warum sollte der Eisenkern der dort reingeschoben wird
> nur 7,5µr haben?

Du siehst doch am Anfang des Videos den Wert der magnetischen 
Flussdichte ohne Eisenkern, richtig?

Dieser Wert liegt bei ca. 1mT.
Der Eisenkern erhöht diesen Wert auf ca. 7,5mT. Das ist ein Faktor von 
7,5.
Woher komm dieser Faktor? Aufgrund der Permeabilität des Eisenkerns.
Die Permeabilität wird immer multipliziert. Demnach kann das Eisen nur 
eine Permeabilität von 7,5 haben.

Nicht jedes Eisen hat eine hohe Permeabilität. Es kommt immer darauf an, 
wie es bearbeit wurde:

"Die magnetischen Eigenschaften von Eisen werden durch die
Wärmebehandlung (Vergütung) maßgeblich beeinflusst".

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Miss doch die Permeabilität deines Kerns, und das bei Nennstrom der
> Spule.

Ich habe leider keinen Kern der mir eine Permeabilität von 5000 bietet. 
Soetwas zu bekommen ist auch nicht ganz so einfach.
Deswegen bin ich hier im Forum und frage nach realen Erfahrungen, sonst 
hätte ich es schon getestet und gemessen.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Warum sollte der Eisenkern der dort reingeschoben wird
> nur 7,5µr haben?

Ah Moment!
Schau dir nochmal das Video an. Am Ende schiebt er die Eisenkerne 
zusammen, aber es bleibt wie es aussieht ein Luftspalt zwischen 
Eisenkern und Eisenkern. Es ist also garnicht möglich die Permeabilität 
des Eisens zu bestimmen und mach die Rechnung fast sinnlos.

Beachte einfach den Anfangswert ohne Eisenkern und rechne diesen mal 
einer belieben Permeabilität dann mit Eisenkern zwischen 300 - 10000.

: Bearbeitet durch User
von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Woher komm dieser Faktor? Aufgrund der Permeabilität des Eisenkerns.
> Die Permeabilität wird immer multipliziert. Demnach kann das Eisen nur
> eine Permeabilität von 7,5 haben.

Blödsinn!

Das wurde dir schon X-mal geschrieben. Der magnetische Kreis ist eine 
Reihenschaltung aus dem Weg im Eisenkern und durch viel Luft.
Da die Feldlinien durch die Luft müssen ergibt sich eine deutlich 
niedrigere Feldstärke als wenn der gesamte magnetische Kreis im Eisen 
verlaufen würde.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Am Ende schiebt er die Eisenkerne
>zusammen, aber es bleibt wie es aussieht ein Luftspalt zwischen
>Eisenkern und Eisenkern.

Und den anderen Luftspalt hast du noch übersehen,
den, den die Feldlinien außenrum durch die Luft
machen müssen, der ist noch viel viel größer.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Hier siehst du die Feldlinien bei einen Stabmagneten,
wo sie außenrum im Bogen durch die Luft gehen.
und Luft hat einen großen megnetischen Widerstand.

https://lp.uni-goettingen.de/get/image/3823

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Udo S. schrieb:
> Das wurde dir schon X-mal geschrieben. Der magnetische Kreis ist eine
> Reihenschaltung aus dem Weg im Eisenkern und durch viel Luft.
> Da die Feldlinien durch die Luft müssen ergibt sich eine deutlich
> niedrigere Feldstärke als wenn der gesamte magnetische Kreis im Eisen
> verlaufen würde.

Also erstens habe ich mich schon korrigiert. Und zweitens gehe doch mal 
bitte konkrekt auf die Messung im Video ein.

Ohne Eisenkern wird im inneren der Spule eine magnetische Flussdichte 
von ca. 1mT gemessen. Die Feldlinien verlaufen also ein mal komplett 
durch die Luft, korrekt? Und trotz dessen habe ich diese magnetische 
Flussdichte im inneren Spule von ca. 1mT.

Nun sagen wir mal, ich schiebe einen Eisenkern mit einer Permeabilität 
von 1000 rein. Dieser Eisenkern ist genau so lang wie die Spule. Was 
passiert nun deiner Meinung nach im inneren der Spule?
Ich behaupte, weil ich es so gelernt habe, die magnetische Flussdichte 
wird im inneren der Spule um Faktor 1000 erhöht. Was behauptest du?

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Ich habe leider keinen Kern der mir eine Permeabilität von 5000 bietet.
> Soetwas zu bekommen ist auch nicht ganz so einfach.

Weicheisen als Rundmaterial ist doch kein Problem. Einfach einen 
billigen Zugmagnet kannibalisieren.

: Bearbeitet durch User
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Weicheisen als Rundmaterial ist doch kein Problem. Einfach einen
> billigen Zugmagnet kannibalisieren.

Oh doch, das ist ein großes Problem. Ohne Firma kommt man an sowas nicht 
so leicht heran, jedenfalls habe ich diese Erfahrungen gemacht.
Weicheisen wird meistens nur unverarbeitet angeboten. Es fehlt also der 
entsprechende Glühvorgang damit eine hohe Permeabilität entsteht.

Weißt du denn genau, was in so einem Zugmagneten drin steckt? 
Persönliche Erfahrungen oder Messungen?

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Lass es einfach sein.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Ich behaupte, weil ich es so gelernt habe, die magnetische Flussdichte
>wird im inneren der Spule um Faktor 1000 erhöht.

Da hast du leider was falsches gelernt. Gedankenexperiment:
Angenommen, dein Eisenkern hätte unendlich µr, was es praktisch
natürlich nicht gibt, aber nur mal angenommen, dann wäre nach
deiner Logik die Flussdichte unendlich hoch? Nein, daß verhindert
der magnetische Widerstand der Luft außenrum. Der bestimmt dann
alleine wie groß die Flussdichte ist.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Angenommen, dein Eisenkern hätte unendlich µr, was es praktisch
> natürlich nicht gibt, aber nur mal angenommen, dann wäre nach
> deiner Logik die Flussdichte unendlich hoch?

Diese Annahme kann ich ja auf alles anwenden, was es natürlich nicht 
gibt.
Mal angenommen, meine Altergrenze wäre unendlich hoch, dann würde ich 
unendlich alt werden. Wo ist da die Logik?

Günter L. schrieb:
> Da hast du leider was falsches gelernt

Das bedeutet also, das was hier alles steht, ist deiner Meinung nach 
falsch?:

https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=F%C3%BCr%20die%20magnetische%20Feldst%C3%A4rke%20(magnetische,den%20materialabh%C3%A4ngigen%20Faktor%20verst%C3%A4rkt%20werden

Kannst du mir denn mit Zahlen beweisen, wie die magnetische Flussdichte 
im inneren einer Spule mit Eisenkern aussieht?

: Bearbeitet durch User
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

https://www.supermagnete.de/magnetismus/elektromagnet

"In einem ferromagnetischen Material existieren elementare magnetische 
Polarisationen, die sich in einem äußeren Magnetfeld ausrichten und es 
bis auf das Tausendfache verstärken können. Deshalb werden 
ferromagnetische Materialien in Elektromagneten als Spulenkerne 
eingesetzt. Im einfachsten Fall wird einfach ein Draht um einen Zylinder 
aus ferromagnetischem Material (z. B. Eisen) gewickelt.

Ein einfaches Experiment dazu kann jeder zu Hause durchführen. Dazu muss 
man nur einen Kupferdraht um einen Bleistift wickeln. Wenn nun die Enden 
des Kupferdrahtes jeweils an Plus- bzw. Minuspol einer Batterie 
angeschlossen werden, so fließt durch den Draht ein Strom und es 
entsteht ein Elektromagnet. Mit diesem lässt sich beispielsweise eine 
Kompassnadel auslenken.

Wird der Kupferdraht statt um einen Bleistift um einen Eisenzylinder, z. 
B. einen Nagel, gewickelt, so ist das Magnetfeld deutlich stärker. Es 
wird durch den ferromagnetischen Kern um den Faktor μ, die magnetische 
Permeabilität, verstärkt. Für Eisen kann μ Werte größer als 1 000 
annehmen."

von Martin S. (sirnails)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Gedankenexperiment:
> Angenommen, dein Eisenkern hätte unendlich µr, was es praktisch
> natürlich nicht gibt, aber nur mal angenommen, dann wäre nach
> deiner Logik die Flussdichte unendlich hoch?

Da gilt:

Und Du betrachtest

Divergiert auch
 gegen unendlich.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Um dem Chaos mal ein Ende zu bereiten ;-)

In einem magnetischen Kreis verhalten sich ein Permanentmagnet und ein 
Elektromagnet identisch. Ich kann also in einem eingestellten 
Arbeitspunkt nicht unterscheiden, ob die Flussdichte durch den 
Elektromagnet oder den Permanentmagnet entsteht. Die Haltekraft beider 
Anordnungen ist somit auch identisch.

Wo ist nun der Unterschied?

Die von Steven eingangsgezeigte Rechnung ist nicht korrekt. Mit den dort 
angegebenen Zahlenwerten stimmt weder die Flussdichte noch die 
Haltekraft. Eine Flussdichte von 0.9T erzeugt etwa 16N Haltekraft (siehe 
Rechnung). Dazu sind jedoch bei den 50Wdg nur ca. 29mA nötig. Die 
angegeben 100mA würden das Eisen mit unrealistischen 3.1T vollständig in 
die Sättigung bringen.

von Martin S. (sirnails)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Die
> angegeben 100mA würden das Eisen mit unrealistischen 3.1T vollständig in
> die Sättigung bringen.

Hat deswegen Hinz? nicht gesagt, der TO soll doch mal die Permeabilität 
bestimmen? Er hat ja die Möglichkeit, den Strom zu ändern und die 
Möglichkeit, das Magnetfeld zu messen. Dann wüsste er, wo sein µr ist.

Beitrag #7627735 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7627738 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7627741 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7627747 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Um dem Chaos mal ein Ende zu bereiten ;-)

Dankeschön!

Joe G. schrieb:
> Die von Steven eingangsgezeigte Rechnung ist nicht korrekt. Mit den dort
> angegebenen Zahlenwerten stimmt weder die Flussdichte noch die
> Haltekraft.

Lieber Joe, wo genau stimmen meine angegebenen Zahlenwerte nicht?
Mit meiner angebenen Formel B = µo* µr *I *n/l komme ich genau auf die 
gleichen Zahlenwerte wie du sie berechnest hast. Meine erste Rechnung 
erfolgte übrigens mit 60mA und nicht mit 100mA. Deswegen schrieb ich ja 
auch kleiner 100mA in meiner Beschreibung. Und außerdem ist das ja in 
meiner Rechnung zu sehen.
Bitte nochmal prüfen. Natürlich ist meine eingangsgezeigte Rechnung 
korrekt!

Den einzigen Fehler den ich gemacht habe ist bei der Bestimmung der 
Haltekraft.
Die eingangsgezeigte Rechnung der Haltekraft von 64N ist natürlich 
quatsch, wenn du aber aufgepasst hast, wurde dass schon im weiteren 
Verlauf korrigiert. Hast du das überlesen? Verstehe ich nicht.

Meine Frage an dich, muss man zur Bestimmung der Haltekraft die 
magnetische Flussdichte aus dem Innenraum der Spule betrachten oder an 
den Polflächen?

: Bearbeitet durch User
von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Meine Frage an dich, muss man zur Bestimmung der Haltekraft die
> magnetische Flussdichte aus dem Innenraum der Spule betrachten oder an
> den Polflächen?

Bei einer langen Zylinderspule ist die Flussdichte im Inneren annähernd 
konstant. Das betrifft auch direkt Polflächen. Ignoriert man also mal 
die Kanten, dann ist die Flussdichte auf der Polfläche genauso groß wie 
im Inneren der Spule. Erst nach den Polflächen, also im Luftspalt oder 
anderen Materialien, ändert sich die Flussdichte in Abhängigkeit der 
durchfluteten Fläche und der Permeabilität. Bei einem „offenen“ Ende, 
hier Luft, geht sie also sehr schnell auf null.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Bei einer langen Zylinderspule ist die Flussdichte im Inneren annähernd
> konstant. Das betrifft auch direkt Polflächen.

Hmm okay, danke!

In deiner Rechnung finde ich folgende Formel:

Cm = µr*A/l

Woher kommt diese Formel?


Übrigens komme ich mit dieser Formel F = B² * A / 2 * µo
auf die gleiche Haltekraft wie du sie berechnet hast :)

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Erst nach den Polflächen, also im Luftspalt oder
> anderen Materialien, ändert sich die Flussdichte in Abhängigkeit der
> durchfluteten Fläche und der Permeabilität. Bei einem „offenen“ Ende,
> hier Luft, geht sie also sehr schnell auf null.

Die Änderung der Flussdichte in bestimmten Abständen nach den Polflächen 
verhält sich zwischen Elektromagnet und Dauermagnet identisch, korrekt?
Also bei einem Abstand von 3mm ist die Flussdichte bei beidem nahezu 
gleich.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Ergänzung zur Haltekraft:
Wie sieht es bei unterschiedlichen Flussdichten (im Inneren und 
Polflächen) aus?
Dazu muss man sich die Vektoren der Flussdichte an der Grenzfläche 
ansehen. Wir zerlegen sie mal in die Normal- und Tangentialrichtung und 
berechnen die auftretenden (mechanischen) Spannungen (siehe Anlage). Wie 
man sieht, spielt nur die Flussdichte an den Grenzflächen eine Rolle für 
die Haltekraft. Formt man die Gleichung etwas um, steht sogar nur noch 
der Fluss in der Gleichung. Der Fluss entspricht genau der magnetischen 
Ladung an den Polflächen.

Zu deinen Fragen:

Die magnetische Kapazität ist äquivalent zur elektrischen Kapazität 
definiert. Näheres kannst du hier [1] nachlesen.

Die Abnahme der Flussdichte einer langen Zylinderspule und eines 
zylindrischen Permanentmagneten gleicher Abmessungen ist etwa gleich.

[1] 
https://www.researchgate.net/publication/378876736_Elektromagnetische_Wechselwirkungen_Eine_mechatronische_Sichtweise

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Bei einer langen Zylinderspule ist die Flussdichte im Inneren annähernd
> konstant. Das betrifft auch direkt Polflächen.

Finde ich allerdings auch wiederum komisch.

Schau dir mal meinen Dauermagneten an. Der hat an den Polflächen eine 
Flussdichte von ca. 0,5T. Dieser Dauermagnet hat eine Haltekraft von 
26,5N.

Nun sagst du mir, dass mein Elektromagnet an den Polflächen eine 
Flussdichte von 0,9T haben, aber nur eine Haltekraft von 16N.

Warum ist das so? Hast du dafür auch eine Erklärung?

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Hast du dafür auch eine Erklärung?

Mist gemessen.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Warum ist das so? Hast du dafür auch eine Erklärung?

Nun, ich weiß nicht, wie du gemessen hast.
Die Berechnung geht, wie du ja nachvollziehen kannst, davon aus, dass 
nur Normalspannungen berücksichtigt werden. Mit anderen Worten, die 
Fläche, welche zur Kraftmessung dient, muß exakt der Form der 
Eisenfläche entsprechen. Wird die Kraft mit einem Permanentmagneten auf 
einem Eisenblech Blech mit größerer Fläche experimentell bestimmt, 
kommen natürlich noch die Tagentialspannungen dazu welche die Haltekraft 
vergrößern. Das würde jedoch mit einem Elektromagnet auch so zu messen 
sein.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Martin S. schrieb:
>Da gilt:

>B⃗ =μ⋅H⃗


>Und Du betrachtest

>limμ→∞B⃗ =μ⋅H⃗


>Divergiert auch

>B⃗

> gegen unendlich.

Und ein Luftspalt hat keinen Einfluß auf den magnetischen fluss?
Ein Luftspalt verhindert nicht das B unendlich wird?

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Und ein Luftspalt hat keinen Einfluß auf den magnetischen fluss?
> Ein Luftspalt verhindert nicht das B unendlich wird?

Fluss und Flussdichte sind zwei unterschiedliche Größen. Der Fluss ist 
an jeder Stelle gleich (Influenz), die Flussdichte geht gegen null, weil 
die Luftfläche des Rückschlusses gegen unendlich geht.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Joe G. schrieb:
>Fluss und Flussdichte sind zwei unterschiedliche Größen.

Ja, das weiß ich, der Fluss ist im gesammten magnetischen
Kreis, also an jeder Stelle gleich groß. Die Flussdichte
ist abhängig vom Querschnitt durch dem die Feldlinien,
also der Fluss läuft.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Nun, ich weiß nicht, wie du gemessen hast.

Du meinst die Haltekraft? Die Haltekraft wurde ja von supermagnete 
gemessen. Danach richte ich mich. Gemessen wurde wohl so:

"Es handelt sich um eine unendlich große Platte aus Reineisen mit 10mm 
Dicke. Je nach vorliegendem Material ist die tatsächliche Haftkraft 
geringer als die von uns berechnete."

Das heißt, die Haltekraft des Elektromagneten könnte sich nochmal 
ändern, wenn die Messung gleich durchgeführt wird?


Was ich noch gelesen habe:

"Bei einem Permanentmagneten ist das B-Feld, also die magnetische 
Flussdichte, gleich der Remanenz. Die Remanenz gibt die Magnetisierung 
an, welche im Material vorliegt."

Betrachte ich also nicht die Polflächen des Magneten, sondern die 
Remanenz, dann liegt die magnetische Flussdichte bei 1,29 - 1,32T.
Dann würde das schon etwas mehr Sinn machen.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Steven schrieb:
> "Es handelt sich um eine unendlich große Platte aus Reineisen mit 10mm
> Dicke.

Da haben wir schon einen Hinweis auf die unterschiedlichen Haltekräfte.

Eine unendliche Platte nimmt natürlich auch alle Feldlinien der 
Austrittsfläche in tangentialer Richtung mit. Für unser kleines Beispiel 
bedeutet das, wenn nur 1% der tangentialen Feldlinienkomponenten 
mitberücksichtigt werden, steigt die Haltekraft von 16N auf 24N.

Remanez bedeutet ja nur Restmagnetismus, gerade dass ist ja die 
Flussdichte beim Permanentmagneten.

von Rolf (rolf22)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> So detailliert meinte ich es damit nicht. In beiden Fällen habe ich ein
> Magnetfeld. In beiden Fällen habe ich einen Süd- und Nordpol und eine
> bestimmte Haftkraft. Dabei bezieht sich das "exakt identisch" auf die
> Haftkraft bei gleichem Durchmesser.

Du siehst den Denkfehler? Nur in einem Fall gibt es einen Strom. Da der 
Strom nicht in den Vergleich eingeht, kann man ihn immer so einstellen, 
dass sich exakt dieselbe Kraft ergibt.
Du vergleichst also ein Pferd mit einem Motor von 1 PS.

von Roland D. (roland_d284)


Lesenswert?

Moin,

Steven schrieb:
> In dem Video wird ein Wert ohne Eisenkern von ca. 1mT gemessen.
> Die Formel liegt also sogar deutlich unter dem Messwert!
> Nun wird ein Eisenkern reingeschoben und der Wert erhöht sich auf 7,5mT.
> Das heißt der Eisenkern hat eine Permeabilität von 7,5 µr.
> Nun nehmen wir mal an, unser Eisenkern hat eine Permeabilität von 1000

Hat er, vermutlich eher noch mehr.

> µr, dann liegt der Wert plötzlich bei ca. 1000mT bzw. 1 Tesla.
> Und Ruckzuck habe ich meine 0,5T an den Polseiten ohne den Stromwert zu
> verändern.

Falsch. Der Eisenkern überbrückt den größten Teil des magnetischen 
Widerstandes, aber nicht den in der Luft drumherum. Praktisch kannst du 
mit so einem geraden Kern die Induktivität (=Kehrwert des magnetischen 
Widerstandes) vielleicht um den Faktor 15 erhöhen. Schaut der Kern an 
beiden Enden noch ein gutes Stück raus, kommt man vielleicht auf einen 
Faktor 25. Mehr nicht. Auch nicht, wenn µr vom Kern unendlich ist.

Gruß, Roland

von Roland D. (roland_d284)


Lesenswert?

Moin,

Steven schrieb:
> Lieber Joe, wo genau stimmen meine angegebenen Zahlenwerte nicht?
> Mit meiner angebenen Formel B = µo* µr *I *n/l ...

µr ist aber nicht überall gleich. Im Eisen viel größer als in der Luft. 
Und beide Medien sind in Reihe geschaltet.

> Meine Frage an dich, muss man zur Bestimmung der Haltekraft die
> magnetische Flussdichte aus dem Innenraum der Spule betrachten oder an
> den Polflächen?

Du musst mit der Flussdichte rechnen, die eine doppelt so lange Spule 
mit doppelt so vielen Windungen bei gleichem Strom genau in ihrer Mitte 
hätte :-)

Klingt komisch, aber das große Eisenblech an dem der Magnet klebt, ist 
quasi ein magnetischer Kurzschluss, sehr gut magnetisch Leitfähig. Also 
ist er eine Symmetrieebene des Magnetfeldes, das Magnetfeld in der Luft 
sähe genau so aus, wenn das große Blech nicht da wäre und die Spule 
doppelt so lang.

Schau mal nach dem Suchwort "Spiegelladung", da gibt's die gleichen 
Betrachtungen für elektrische Felder.

Aber das Wichtige ist, dass man bei der luftgefüllten Zylinderspule zwar 
den magnetischen Widerstand außen herum vernachlässigen kann, man kann 
ihn aber nicht mehr vernachlässigen, wenn man den in Reihe geschalteten 
Widerstand im Inneren der Spule durch Eisen eliminiert.

Gruß, Roland

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Roland D. schrieb:
> Falsch. Der Eisenkern überbrückt den größten Teil des magnetischen
> Widerstandes, aber nicht den in der Luft drumherum. Praktisch kannst du
> mit so einem geraden Kern die Induktivität (=Kehrwert des magnetischen
> Widerstandes) vielleicht um den Faktor 15 erhöhen. Schaut der Kern an
> beiden Enden noch ein gutes Stück raus, kommt man vielleicht auf einen
> Faktor 25. Mehr nicht. Auch nicht, wenn µr vom Kern unendlich ist.


Hallo Roland,
hast du für diese Aussage belegbare Beweise?

Also ist sowohl meine also auch Joe seine Berechnung zur magnetischen 
Flussdichte und Haltekraft falsch?

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> belegbare Beweise?

Miss doch endlich!

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Roland D. schrieb:
> Falsch. Der Eisenkern überbrückt den größten Teil des magnetischen
> Widerstandes, aber nicht den in der Luft drumherum. Praktisch kannst du
> mit so einem geraden Kern die Induktivität (=Kehrwert des magnetischen
> Widerstandes) vielleicht um den Faktor 15 erhöhen. Schaut der Kern an
> beiden Enden noch ein gutes Stück raus, kommt man vielleicht auf einen
> Faktor 25. Mehr nicht. Auch nicht, wenn µr vom Kern unendlich ist.

Demach ist auch die Aussage von Dr. Franz-Josef Schmitt(Physiker und 
wissenschaftlicher Leiter des Fortgeschrittenenpraktikums Physik an der 
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg) falsch?

"In einem ferromagnetischen Material existieren elementare magnetische
Polarisationen, die sich in einem äußeren Magnetfeld ausrichten und es
bis auf das Tausendfache verstärken können. Deshalb werden
ferromagnetische Materialien in Elektromagneten als Spulenkerne
eingesetzt. Wird der Kupferdraht statt um einen Bleistift um einen 
Eisenzylinder, z. B. einen Nagel, gewickelt, so ist das Magnetfeld 
deutlich stärker. Es wird durch den ferromagnetischen Kern um den Faktor 
μ, die magnetische Permeabilität, verstärkt. Für Eisen kann μ Werte 
größer als 1000 annehmen."

Ich verstehe nicht, warum es soviele unterschiedliche Meinungen gibt. 
Wenn ich sowas lese, dann wird mir doch ganz klar gesagt, dass das 
Magnetfeld mit einem Eisenkern um das Tausendfache verstärkt wird. Das 
steht doch da oder bin ich blind?
Genau das gleiche finde ich auch auf anderen Seiten wie z.B. leifiphysik 
oder studysmarter usw.. Alle sagen das gleiche. Und dabei ist NICHT die 
Rede von einem geschlossen Kreis, sondern um einen offenen 
Elektromagneten mit Spulenkern. Woher kommt nun euer Wissen und eure 
Behauptung, dass das was die alle schreiben, falsch sein soll?

von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Miss doch endlich!

Da kommen doch 0.5T raus, vermutlich Messfehler.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Michael B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Miss doch endlich!
>
> Da kommen doch 0.5T raus, vermutlich Messfehler.

Ich hatte µ_r gemeint.

Dass er bei der Flussdichte Mist gemessen hat, das war ja schon klar.

: Bearbeitet durch User
von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Roland D. schrieb:
> Praktisch kannst du
> mit so einem geraden Kern die Induktivität (=Kehrwert des magnetischen
> Widerstandes) vielleicht um den Faktor 15 erhöhen. Schaut der Kern an
> beiden Enden noch ein gutes Stück raus, kommt man vielleicht auf einen
> Faktor 25. Mehr nicht.

Das ist einfach Unsinn und beruht auf der blinden Anwendung von Formeln, 
welche nicht verstanden werden.
Man stelle sich einen zylindrischen Stab mit der Fläche A, der Länge L 
und der Permeabilität my vor. Dieser besitzt ohne jegliche Wicklungen 
eine magnetische Kapazität, welche analog zur Kapazität eines 
Plattenkondensators berechnet werden kann. Der vergrößerte 
Plattenabstand bzw. hier die Stablänge verringert die Kapazität. Wem der 
Begriff magnetische Kapazität partout nicht gefällt, darf auch AL-Wert 
sagen. Jetzt muß aus der Kapazität nur noch über das Durchflutungsgesetz 
die elektrische Induktivität bestimmt werden, also die Multiplikation 
der magnetischen Kapazität mit N². Somit wird klar, wird ein vollständig 
eingeschobener Kern weiter verlängert, fällt die Induktivität!

: Bearbeitet durch User
von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Das steht doch da oder bin ich blind?

Alles gut, stimmt auch. Leider ist es in einem offenen Forum so, dass 
einfach jeder seine Meinung kundtun darf, ohne dass man die wirkliche 
Expertise des Schreibers kennt. Oft kommt dann halt Unsinn raus oder 
beliebt sind auch völlig wolkige Allgemeinplätze ohne wirklichen Inhalt.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Alles gut, stimmt auch. Leider ist es in einem offenen Forum so, dass
> einfach jeder seine Meinung kundtun darf, ohne dass man die wirkliche
> Expertise des Schreibers kennt. Oft kommt dann halt Unsinn raus oder
> beliebt sind auch völlig wolkige Allgemeinplätze ohne wirklichen Inhalt.

Danke dir! Werde schon ganz bekloppt hier.
Ich bin wahrlich kein Meister in diesem Fachbreich und wirklich noch 
Anfänger, aber ich gebe mir Mühe und versuche Dinge zu verstehen und zu 
lernen, auch wenn es mir oft schwer fällt.
Bin froh, dass du hier bist und wirklich auch für Klarheit sorgst :)

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Manchmal ist eine Zylinderspule, wegen der offenen Enden, für 
verständliche Erklärungen nicht so gut geeignet. Ideal ist dann ein 
Toroid. Im beigefügten Beispiel habe ich mal die Kernlänge, bei 
gleichbleibendem Querschnitt und gleicher Permeabilität, sowie gleicher 
Windungszahl von 50.3mm auf 81.6mm auf verlängert. Wie man sieht, fällt 
die Induktivität von 408.6µH auf 248.1µH. Das verwendete Programm [1] 
ist übrigens frei und sehr einfach zu bedienen.

[1] https://coil32.net/

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Hallo Roland,
>hast du für diese Aussage belegbare Beweise?

>Also ist sowohl meine also auch Joe seine Berechnung zur magnetischen
>Flussdichte und Haltekraft falsch?

>Ich verstehe nicht, warum es soviele unterschiedliche Meinungen gibt.

Es wird hier immer wieder ignoriert, daß der Luftspalt in einen
magnetischen Kreis einen Einfluß auf den magnetischen Fluss
hat und damit auch auf die Flussdichte. Wenn der Luftspalt
größer wird, wird der Fluss kleiner. Und ein Elektromagnet
mit einen Stabkern ist im Prinzip ein magnetischer Kreis mit
einen riesigen Luftspalt. Eine Formel die das nicht berücksichtigt
kann nicht funktionieren.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Hier wird der Luftspalt mit berücksichtigt:

https://et-tutorials.de/5931/magnetischer-kreis-mit-luftspalt/

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Es wird hier immer wieder ignoriert, daß der Luftspalt in einen
> magnetischen Kreis einen Einfluß auf den magnetischen Fluss
> hat und damit auch auf die Flussdichte. Wenn der Luftspalt
> größer wird, wird der Fluss kleiner.

Das meine ich mit wolkigen inhaltslosen Bemerkungen.

Wie würdest du den Luftspalt bei der Berechnung der Haltekraft ganz 
konkret berücksichtigen (Gleichungen)? Meine Berechnung dazu findest du 
ja hier [1].

Nein, der Fluss wird bei einem Luftspalt nicht kleiner, er bleibt 
konstant.

Dein Link zu ET-Tutorial ist nicht hilfreich für die Berechnung der 
Haltekraft. Im Übrigen wird ab 14:34 bemerkt, dass sowohl Fluss und 
Flussdichte im Luftspalt konstant sind. Die Flussdichte ist jedoch nur 
deshalb konstant, weil man von gleicher Fläche Eisen/Luftspalt ausgeht.

[1] Beitrag "Re: Elektromagnet = Neodym-Magnet"

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Joe G. schrieb:
>Nein, der Fluss wird bei einem Luftspalt nicht kleiner, er bleibt
>konstant.

Wenn in einen magnetischen Kreis ein Luftspalt eingefügt wird,
bleibt der Fluss eben nicht konstant, er wird kleiner.
Und je größer der Luftspalt, um so kleiner wird der Fluss.

Man kann das mit einen elektrischen Stromkreis vergleichen.
wenn ein Widerstand eingefügt wird, wird der Strom kleiner.
Je größer der Widerstand, um so kleiner wird der Strom.

von H. H. (hhinz)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Was schon 0,6% Luftspalt so ausmachen...

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Wenn in einen magnetischen Kreis ein Luftspalt eingefügt wird,
> bleibt der Fluss eben nicht konstant, er wird kleiner.
> Und je größer der Luftspalt, um so kleiner wird der Fluss.

Woher hast du diese Erkenntnis? Bitte eine Quelle angeben.

Günter L. schrieb:
> Man kann das mit einen elektrischen Stromkreis vergleichen.
> wenn ein Widerstand eingefügt wird, wird der Strom kleiner.
> Je größer der Widerstand, um so kleiner wird der Strom.

Nein, kann man nicht. Der Fluss entspricht der elektrischen Ladung, die 
Flussänderung nach der Zeit dem Strom (eigentlich dem MAXWELL’schen 
Verschiebestrom).

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Auf Seite 7 wird es erklärt, daß man das mit einen
elektrischen Stromkreis vergleichen kann.

https://www.htw-dresden.de/fileadmin/HTW/Fakultaeten/Elektrotechnik/Dokumente/Labore/Grundlagen_Elektrotechnik/ET_09_Magnetkreis_2.pdf

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Was schon 0,6% Luftspalt so ausmachen...

Ja, das sollte ja auch so sein, da es sich um eine Reihenschaltung von 
zwei mag. Kondensatoren handelt und dann ist die Gesamtkapazität 
(AL-Wert) kleiner. Paßt also prima :-)

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Auf Seite 7 wird es erklärt, daß man das mit einen
> elektrischen Stromkreis vergleichen kann.

Und Bild 10 zeigt jetzt im Luftspalt einen anderen Fluss als im Eisen 
;-) Wie willst du jetzt aus der Nummer raus?

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Was schon 0,6% Luftspalt so ausmachen...
>
> Ja, das sollte ja auch so sein, da es sich um eine Reihenschaltung von
> zwei mag. Kondensatoren handelt und dann ist die Gesamtkapazität
> (AL-Wert) kleiner. Paßt also prima :-)

Jetzt muss nur noch der TE das realisieren.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Auf Seite 7 wird es erklärt, daß man das mit einen
> elektrischen Stromkreis vergleichen kann.

Ich weiß, dass sehr oft im deutschsprachigen Raum der elektrische Kreis 
als Analogie angeführt wird. Das ist sehr bedauerlich, da das zu vielen 
Fehlinterpretationen und Missverständnissen führt. Bereits vor 129 
Jahren hat Oliver Heaviside [1] darauf hingewiesen. Leider wird das bis 
heute sehr oft ignoriert.

„NOTE 5. MAGNETISCHE RELUKTANZ
Es gibt unter den heutigen Autoren den Trend, dass die erweiterte 
Bedeutung des Wortes Widerstand einen Ursache / Wirkungseffekt 
beschreibt. Das ist sehr bedauerlich, weil der Begriff Widerstand im 
Elektromagnetismus bereits etabliert ist und den strengen Zusammenhang 
einer reibungsbehafteten Energiedissipation beschreibt. Was die die 
populäre Bedeutung des Widerstandes meint, ist die Übereinstimmung von 
Dimensionen etc.
Ich würde vorschlagen, dass das, was wir derzeit den magnetischen 
Widerstand nennen, nun mit magnetischer Reluktanz bezeichnen und wenn es 
sich auf ein Volumen bezieht, die reluctancy [oder reluctivity].“ 
(Heaviside 1894)

[1] Heaviside, O. (1894) Electrical Papers, Vol. II., New York 1894, S. 
168

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Es gab früher mal eintakt Röhren-NF-Verstärker mit
Übertrager. Da hat man in den Übertrager einen Luftspalt
eingefügt. Warum? Wollte man damit nicht den magnetischen
Fluss verringern?

von Thomas B. (thomas2)


Lesenswert?

> Ich weiß, dass sehr oft im deutschsprachigen Raum der elektrische Kreis
> als Analogie angeführt wird. Das ist sehr bedauerlich, da das zu vielen
> Fehlinterpretationen und Missverständnissen führt.

Ich versuche es trotzdem nochmal mit dieser Analogie:

Das Problem liegt glaube ich darin, dass die Formel

  B = (µo · µr · I · n) / l

sehr mit Vorsicht zu genießen ist.

Grundlage ist letztlich das "ohmsche Gesetz" des Magnetismus zur 
Berechnung des Flusses:

  Phi = Vm / Rm = (I · n) / Rm

Der magnetische Widerstand ist dabei:

  Rm = lm / (µr · µ0 · A)

Wenn man das entsprechend kombiniert, kommt die obige Formel raus, wobei 
die Länge lm aber zunächst die mittlere Feldlinienlänge ist, und nicht 
die Länge der Spule. Die Feldlinien sind geschlossen und bestehen außer 
der Länge der Spule auch noch aus dem "Rückweg" außenrum. Die mittlere 
Feldlinienlänge ist daher mehr als das doppelte der Spulenlänge.

Man kann aber nur mit einem einzigen Rm rechnen, wenn das Material und 
der Querschnitt überall gleich sind.

Die Überlegung bei einer langgestreckten Luftspule ist jetzt 
offensichtlich, dass sich die Feldlinien auf dem "Rückweg" außenrum auf 
einen wesentlich größeren Querschnitt verteilen, als auf den 
vergleichsweise kleinen Querschnitt im Inneren der Spule, bei ungefähr 
gleicher Länge. Rm im Inneren der Spule ist daher deutlich größer als Rm 
auf dem "Rückweg". Man vernachlässigt den Anteil des "Rückwegs" also und 
kommt für die langgestreckte Luftspule ungefähr auf:

  B = (µo · I · n) / l_Spule

Das ganze für die Spule mit Stabkern als:

  B = (µo · µr · I · n) / l_Spule

zu interpretieren ist hingegen wohl falsch. Rm des Eisenkerns ist 
aufgrund des hohen µr viel kleiner, so das Rm des Luftwegs außenrum im 
Vergleich dazu keinesfalls vernachlässigbar ist.

Man müsste die magnetischen Widerstände addieren:

  Rm_Gesamt = Rm_Eisen + Rm_Luft

und mit

  Phi = Vm / Rm = (I · n) / Rm_Gesamt

weiterrechnen. Wobei im Inneren der Spule

  Rm_Eisen = l_Spule / (µr_Eisen · µ0 · A_Spule)

gilt, aber Rm_Luft ist aufgrund des inhomogenen Felds nicht so einfach 
berechenbar, das läuft dann wohl tatsächlich auf FEM raus. Auf jeden 
Fall ist Rm_Luft nicht vernachlässigbar, sondern wahrscheinlich sogar 
deutlich größer als Rm_Eisen und somit ist die Flussdichte wesentlich 
kleiner als eingangs berechnet.

: Bearbeitet durch User
von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Thomas B. schrieb:
>Auf jeden
>Fall ist Rm_Luft nicht vernachlässigbar, sondern wahrscheinlich sogar
>deutlich größer als Rm_Eisen und somit ist die Flussdichte wesentlich
>kleiner als eingangs berechnet.

So ist es. Und genau das bestätigt dieses Video.

https://www.youtube.com/watch?v=Oyh_9yibfv0

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Thomas B. schrieb:
> Ich versuche es trotzdem nochmal mit dieser Analogie:

Hallo Thomas B.,

vielen Dank für deine ausführliche und verständliche Erklärung.
Wie genau verhält sich dann ein Dauermagnet auf Basis deiner Erklärung?
Der Dauermagnet muss diesen äußeren Luftweg genauso überwinden wie ein 
Elektromagnet, richtig?
Gebe es diesen Luftweg bei einem Dauermagneten nicht, würde er dann noch 
stärker sein?
Schließe ich einen Dauermagneten mit einem Eisenkern kurz, sodass kein 
Luftweg mehr vorhanden ist, wird die magnetische Flussdichte im 
magnetischen Kreis dann erhöht?

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Auch den Sisyphos sah ich, von schrecklicher Mühe gefoltert,
Einen schweren Marmor mit großer Gewalt fortheben.
Angestemmt, arbeitet' er stark mit Händen und Füßen,
Ihn von der Au aufwälzend zum Berge. Doch glaubt' er ihn jetzo
Auf den Gipfel zu drehn, da mit einmal stürzte die Last um;
Hurtig mit Donnergepolter entrollte der tückische Marmor.
Und von vorn arbeitet' er, angestemmt, daß der Angstschweiß
Seinen Gliedern entfloß und Staub sein Antlitz umwölkte.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Gebe es diesen Luftweg bei einem Dauermagneten nicht, würde er dann noch
> stärker sein?
> Schließe ich einen Dauermagneten mit einem Eisenkern kurz, sodass kein
> Luftweg mehr vorhanden ist, wird die magnetische Flussdichte im
> magnetischen Kreis dann erhöht?

Hat sich erledigt. Ich konnte mir meine Frage selbst beantworten.
Ja, die magnetische Flussdichte erhöht sich!

von Thomas B. (thomas2)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Wie genau verhält sich dann ein Dauermagnet auf Basis deiner Erklärung?
> Der Dauermagnet muss diesen äußeren Luftweg genauso überwinden wie ein
> Elektromagnet, richtig?

Ja. Der Dauermagnet hat halt offensichtlich eine größere Durchflutung / 
magnetische Spannung, als mit einem Elektromagnet entsprechender Größe 
erzeugt werden kann, und kommt daher trotzdem auf eine größere 
Flussdichte.

> Gebe es diesen Luftweg bei einem Dauermagneten nicht, würde er dann noch
> stärker sein?
> Schließe ich einen Dauermagneten mit einem Eisenkern kurz, sodass kein
> Luftweg mehr vorhanden ist, wird die magnetische Flussdichte im
> magnetischen Kreis dann erhöht?

Ja. Die Kraft, mit der ein geschlossener Eisenkreis ohne Luftspalt 
zusammengehalten wird, müsste nochmals deutlich höher sein.

: Bearbeitet durch User
von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Es gab früher mal eintakt Röhren-NF-Verstärker mit
> Übertrager. Da hat man in den Übertrager einen Luftspalt
> eingefügt. Warum? Wollte man damit nicht den magnetischen
> Fluss verringern?

Nein. Wie wir wissen, ist die Permeabilität abhängig von der Feldstärke 
im Kern (BH-Kennlinie). Das führt bei der Übertragung von 
Wechselspannungsignalen (NF) zu Verzerrungen und deshalb strebt man eine 
Permeabilität an, welche unabhängig von der Feldstärke ist. Das ganze 
Verfahren nennt man Scherung.
Ist ein Eisenkreis der Länge L1 durch einen Luftspalt der Länge L2 
unterbrochen, dann kann für den Gesamtkreis eine „effektive 
Permeabilität“ ermittelt werden. Für sehr große relative my nähert sich 
diese dann einem Grenzwert, welcher nur noch vom Quotienten der beiden 
Längen und my-Null abhängt. Somit fällt dieses unsägliche nichtlineare 
my raus und der Übertrager arbeitet linear. Es hat also nichts mit dem 
magnetischen Fluss zu tun.

: Bearbeitet durch User
von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Thomas B. schrieb:
> Ich versuche es trotzdem nochmal mit dieser Analogie:
> Das Problem liegt glaube ich darin, dass die Formel
>   B = (µo · µr · I · n) / l
> sehr mit Vorsicht zu genießen ist.

Leider hilft uns der Glaube nicht viel weiter ;-)
Die „Interpretation“ der „Analogie“ ist grundsätzlich falsch.

Beginnen wir mal systematisch:

Ein Magnetkreis mit Permanentmagneten oder gleichspannungsbetriebenen 
Elektromagneten ist rein statisch ! Es fließt also nichts!

Das „magnetische Ohmsche Gesetz“ oder meinetwegen auch das 
„Hopkinsonsche Gesetz“ trägt zur maximalen Verwirrung bei und ist aus 
physikalischer Sicht falsch.
1. Es gibt keine freien magnetischen Ladungsträger (mag. Monopole) also 
kann auch nichts fließen im Sinne eines magnetischen Leitungsstromes.
2. Wenn es einen Widerstand geben würde, würde dieser auch Leistung in 
Form von Wärme abgeben und ein Dauermagnet würde sich „entladen“.
3. In der Gleichung des „erfundenen“ magnetischen Widerstandes steht die 
Größe µo. Diese Größe ist physikalisch gesehen eine Suszeptibilität und 
damit ein Maß für die Energiespeicherung und nicht Dissipation.
4. Wenn der magnetische Kreis aus Widerständen besteht, wo speichert die 
Induktivität denn eigentlich die Energie?

Allein die vier Punkte zeigen die hochproblematische Anwendung dieser 
„Analogie“. Können wir das schnell reparieren? Ja!

Alle angeblichen magnetischen Widerstände sind magnetische Kapazitäten. 
Aus der falschen Gleichung:
Rm = lm / (µr · µ0 · A)
wird:
Cm = (µr · µ0 · A)/lm
also dem Kehrwert der Reluktanz.
Plötzlich muß auch in einem statischen System nichts mehr fließen, weil 
alle Kapazitäten geladen sind. Es benötigt also keine Ströme. Außerdem 
wird nun Energie gespeichert und nicht dissipiert oder in Wärme 
umgewandelt. Dynamische Änderungen finden nun als Maxwellsche 
Verschiebungsströme in den Kapazitäten statt.

Mit diesem korrekten Modell sehen wir nun, das die von dir aufgeführten 
Begründungen nun falsch sind. Die Kapazität des Eisens ist unabhängig 
vom Luftspalt. Beim (idealen) Plattenkondensator wird ja auch nicht die 
Luft außerhalb der Platten bzw. der Rückseite der Platten betrachtet. Es 
gibt also beim magnetischen Eisenkondensator keinen „Rückweg“. Der 
Rückweg ist einfach ein weiterer magnetischer Kondensator mit 
entsprechendem µ0
Die Gleichung für die Flussdichte im Eisen ist also korrekt und nicht 
mit Vorsicht zu genießen.

Wie die Haltekraft berechnet wird, hatte ich schon erklärt. Man bemüht 
nur die mechanischen Spannungen an der Grenzfläche Eisen/Luft.

PS: Wer meine Ausführungen zu den magnetischen Kapazitäten jetzt doch 
„suspekt“ findet, der zeige mir bitte den Widerspruch im 
Beispielmagnetkreis mit Luftspalt im Anhang. Ich nehme gerne Kritik 
entgegen und diskutiere Unzulänglichkeiten.

von Np R. (samweis)


Lesenswert?

Das Problem ist wohl das deutsche Wort "Fluss" (engl. Flux).
Dabei geht es ja eigentlich um ein "Feld", nicht um einen Fluss, genauer 
um das Oberflächenintegral der Normalkomponente des magnetischen Feldes, 
aber wenn's schon "Fluss" heißt, dann muss doch auch irgendwo etwas 
fließen. ;-)

Gut dass bei engl. "Gauss's flux theorem for gravity" niemand im 
Deutschen von "Gravitationsfluss" spricht. Sonst würden deutsche 
Studenten sich mit Vorstellungen plagen, was da wohl zwischen Sonne und 
Erde im Kreis fließt.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> er Dauermagnet muss diesen äußeren Luftweg genauso überwinden wie ein
> Elektromagnet, richtig?
> Gebe es diesen Luftweg bei einem Dauermagneten nicht, würde er dann noch
> stärker sein?

Baue doch mal ein U-Joch aus Eisen an deinen Magneten und hänge ihn 
damit an dein Blech.
Das sollte deine Frage beantworten.

Und deshalb sind Magnete die etwas "halten" sollen als Topfmagnete 
ausgeführt.

von Martin S. (sirnails)


Lesenswert?

Np R. schrieb:
> Das Problem ist wohl das deutsche Wort "Fluss" (engl. Flux).

Bei einem Kraftfluss fließt auch keine Kraft im Kreis.

Man könnte auch Durchsetzung oder Durchdringung sagen.

Bei Wechselstrom fließt auch kein Strom. Er zappelt nur. Dennoch spricht 
niemand von Stromzappelei. So ist das halt mit historisch gewachsenen 
Definitionen.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Martin S. schrieb:
> Bei einem Kraftfluss fließt auch keine Kraft im Kreis.

Sicher? F = dp/dt (Impulsstrom)

Quelle zum Bild:
Der Karlsruher Physikkurs für die Sekundarstufe II : Mechanik
Herrmann, Friedrich; Pohlig, Michael; Schwarze, Heiner
Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP), Karlsruher Institut 
für Technologie (KIT)

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Puh, das so eine simple Frage zu so einer komplizierten Diskussion 
führen kann. Der einfachste Weg wäre, um dem  ein Ende zu bereiten, 
einfach einen Elektromagneten zu bauen und zu messen. Nun stellt sich 
mir aber die Frage, wie kann ich die Permeabilität des Eisenkerns 
nachmessen?

Desweiteren lieber Joe konnte ich in FEMM unsere ausgerechneten Werte 
für meinen Elektromagneten nicht bestätigen. FEMM hat mir deutlich 
kleinere Werte angezeigt. Ich werde die Ergebnisse etwas später 
präsentieren. Falls sich noch wer mit FEMM auskennt. Gerne mal meinen im 
ersten Beitrag beschriebenen Elektromagneten nachbauen und hier zeigen:)

von Rolf (rolf22)


Lesenswert?

Joe G. schrieb:

>> Es gab früher mal eintakt Röhren-NF-Verstärker mit
>> Übertrager. Da hat man in den Übertrager einen Luftspalt
>> eingefügt. Warum? Wollte man damit nicht den magnetischen
>> Fluss verringern?
>
> Nein. Wie wir wissen, ist die Permeabilität abhängig von der Feldstärke
> im Kern (BH-Kennlinie). Das führt bei der Übertragung von
> Wechselspannungsignalen (NF) zu Verzerrungen und deshalb strebt man eine
> Permeabilität an, welche unabhängig von der Feldstärke ist.

Fast richtig. Es ist ja ausdrücklich von Eintakt-Verstärkern die Rede. 
Bei denen wird der Kern durch einen Gleichstromanteil vorbelastet. Der 
verschiebt den magnetischen Arbeitspunkt weg von dem fast linearen 
Mittelteil der BH-Kurve in Richtung Sättigungsgrenze. Diese 
Nichtlinearität führt zu stärkeren Verzerrungen.

Aus demselben Grund haben z. B. auch Gleichrichter-Drosseln einen 
Luftspalt. Bei denen spielt Nichtlinearität gar keine Rolle. Knackpunkt 
ist wie bei den Eintakt-Verstärkern der Gleichstromanteil bzw. das 
Annähern an die Sättigungsgrenze.

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Steven schrieb:
> Ich werde die Ergebnisse etwas später
> präsentieren.

Anbei die Ergebnisse von FEMM:

Die Maßen entsprechen exakt meinem Elektromagneten.
Die Permeabilität von "Pure Iron" sind bei FEMM eingestellt mit 14872.
Es fließt ein Strom von 1 Ampere bei 50 Windungen.


Ohne Kern habe ich im Inneren der Spule eine magnetische Flussdichte von 
0,0011T.
Mit Kern habe ich im Inneren des Kerns eine magnetische Flussdichte von
0,0028T.

Also das haut vorne hinten nicht hin. Laut dieser Formel ohne Kern:

B = µo · I · n / l

B = 0,000001257 · 1A · 50 / 0,01

B = 0,006285T

Vergleichen wir nun die Werte von FEMM 0,0011T mit den Werten aus der 
Formel 0,0063T stehe ich mit vielen Fragezeichen dar...Wo ist der 
Fehler?

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Nochmal an "von Steven".
Vergiss die Formel die du oben am Anfang benutzen wolltest.
Die funktioniert nicht auf dein Stabmagnet, weil die
nicht den Luftspalt berücksichtigt. Deshalb die Probleme
damit. Mach es so wie es der gute Mann im nachfolgenden
Video erklärt. Seine Erklärvideos sind einfach
hervorragend. Also Strom mal Windungszahl, daß ist dann
die magnetische Spannung oder auch Durchflutung genannt,
dann den magnetischen Widerstand vom Eisenkern ermitteln,
den magnetischen Widerstand der Luft ermitteln, beide
Widerstände addieren, damit den magnetischen fluss ermitteln
und dann die Flussdichte ausrechnen. Ganz unten wo Magnetfluss
steht mußt du noch neben Rm den magnetischen Widerstand
der Luft dazu addieren.

https://www.youtube.com/watch?v=3WYD-Yn_7qY

Im nächsten Video, ab 2 Minuten 30 Sekunden, wird erklärt
wie man den magnetischen Widerstand des Luftspalt berechnet.

https://www.youtube.com/watch?v=uCyVCO6lapg

von Roland D. (roland_d284)


Lesenswert?

Moin,

Steven schrieb:
> Demach ist auch die Aussage von Dr. Franz-Josef Schmitt(Physiker und
> wissenschaftlicher Leiter des Fortgeschrittenenpraktikums Physik an der
> Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg) falsch?

Genau genommen teilweise.

> "In einem ferromagnetischen Material existieren elementare magnetische
> Polarisationen, die sich in einem äußeren Magnetfeld ausrichten und es
> bis auf das Tausendfache verstärken können. Deshalb werden
> ferromagnetische Materialien in Elektromagneten als Spulenkerne
> eingesetzt. Wird der Kupferdraht statt um einen Bleistift um einen
> Eisenzylinder, z. B. einen Nagel, gewickelt, so ist das Magnetfeld
> deutlich stärker.

Stimmt, es wird deutlich stärker.

> Es wird durch den ferromagnetischen Kern um den Faktor
> μ, die magnetische Permeabilität, verstärkt.

In der Tat falsch. Das wäre richtig, wenn man das µr im gesamten 
magnetischen Kreis ändert.

> Für Eisen kann μ Werte
> größer als 1000 annehmen."

Richtig.

> Woher kommt nun euer Wissen und eure
> Behauptung, dass das was die alle schreiben, falsch sein soll?

Jahrelange Beschäftigung mit dem Thema, zur Berechnung ein FEM-artiges 
Programm selbst geschrieben, viele male angewendet und jedes mal kam 
beim Messen das gleiche Heraus, wie ich vorher erwartet bzw. berechnet 
hatte.

Zumindest kann man hiermit mal rumspielen.

https://coil32.net/online-calculators/ferrite-rod-calculator.html

Oder hier auf Seite 4. Gut, muss mich korrigieren, auch ein Faktor 50 
geht wohl.

https://www.researchgate.net/publication/351552681_The_Inductance_of_Ferrite_Rod_Antennas

Gruß, Roland

von Roland D. (roland_d284)


Lesenswert?

Moin,

Joe G. schrieb:
> Roland D. schrieb:
>> Praktisch kannst du
>> mit so einem geraden Kern die Induktivität (=Kehrwert des magnetischen
>> Widerstandes) vielleicht um den Faktor 15 erhöhen. Schaut der Kern an
>> beiden Enden noch ein gutes Stück raus, kommt man vielleicht auf einen
>> Faktor 25. Mehr nicht.
>
> Das ist einfach Unsinn und beruht auf der blinden Anwendung von Formeln,
> welche nicht verstanden werden.
> Man stelle sich einen zylindrischen Stab mit der Fläche A, der Länge L
> und der Permeabilität my vor. Dieser besitzt ohne jegliche Wicklungen
> eine magnetische Kapazität, welche analog zur Kapazität eines
> Plattenkondensators berechnet werden kann. Der vergrößerte
> Plattenabstand bzw. hier die Stablänge verringert die Kapazität. Wem der
> Begriff magnetische Kapazität partout nicht gefällt, darf auch AL-Wert
> sagen. Jetzt muß aus der Kapazität nur noch über das Durchflutungsgesetz
> die elektrische Induktivität bestimmt werden, also die Multiplikation
> der magnetischen Kapazität mit N². Somit wird klar, wird ein vollständig
> eingeschobener Kern weiter verlängert, fällt die Induktivität!

Zwar richtig, aber dennoch falsch. Richtig dann, wenn du implizit mit 
der Verlängerung des Stabes auch die Spule länger machst. Wenn du von 
vollständig eingeschoben redest, meinst du das ja indirekt.

Also längere Spule und längerer Stab verringert die Induktivität. Aber 
gleiche Spulenlänge und verlängerter Stab vergrößert die Induktivität. 
Und, ja, wenn der Stab unendlich lang ist, vergrößert sich die 
Induktivität im Grenzwert bis zum Faktor µr vom Stab (im Vergleich zur 
Luftspule).

Gruß, Roland

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Steven schrieb:
> Anbei die Ergebnisse von FEMM:

Ich kann leider nicht sagen, ob alle deine Randbedingungen Richtig 
gesetzt sind. In meinen Simulationen decken sich die Ergebnisse immer 
sehr gut mit der Simulation. Im Anhang mal die FEMM Datei für das 
Beispiel welches ich schon angeben habe, allerdings mit einem Strom von 
1A. Die theoretischen und FEM Ergenisse sind bezüglich, Flussdichte, 
Feldstärke und Energie recht nah beieinander. Leider komme ich gerade 
nicht dazu dein Beispiel nachzubauen.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Roland D. schrieb:
> In der Tat falsch. Das wäre richtig, wenn man das µr im gesamten
> magnetischen Kreis ändert.

Warum schreiben dann so gut wie alle physikalischen Websiten für 
Schüler, Studenten etc. das gleiche? Das wäre ja ein fataler 
physikalischer Irrtum und Fehler. Das ist ein Riesending. Millionen 
Menschen lernen das Falsche oder wird das falsche Wissen beigebracht. 
Das ist doch ein Disaster.

Roland D. schrieb:
> Jahrelange Beschäftigung mit dem Thema, zur Berechnung ein FEM-artiges
> Programm selbst geschrieben, viele male angewendet und jedes mal kam
> beim Messen das gleiche Heraus, wie ich vorher erwartet bzw. berechnet
> hatte.

Hast du noch reale Experimente und Vergleiche zum Präsentieren da? Das 
würde ich echt gerne sehen.

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Joe G. schrieb:
> Ich kann leider nicht sagen, ob alle deine Randbedingungen Richtig
> gesetzt sind. In meinen Simulationen decken sich die Ergebnisse immer
> sehr gut mit der Simulation. Im Anhang mal die FEMM Datei für das
> Beispiel welches ich schon angeben habe, allerdings mit einem Strom von
> 1A. Die theoretischen und FEM Ergenisse sind bezüglich, Flussdichte,
> Feldstärke und Energie recht nah beieinander.

Du betrachtest ja auch eine Ringspule und keinen Elektro-Stabmagneten.
Bei dir ist der magnetische Kreis mit dem Eisenkern fast geschlossen. 
Das ist ein Unterschied.

Joe G. schrieb:
> Leider komme ich gerade
> nicht dazu dein Beispiel nachzubauen.

Im Anhang meine FEMM Datei.

: Bearbeitet durch User
von J. T. (chaoskind)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Warum schreiben dann so gut wie alle physikalischen Websiten für
> Schüler, Studenten etc. das gleiche?

Das Prinzip nennt sich "Lügen für Kinder". Ich weiß leider nicht mehr, 
wo ich das aufgeschnappt hab, fand den Begriff aber irgendwie treffend. 
Möglicherweise wars Lesch oder der Schöpfer vom Blaubär und Hein Blöd.

So wird den Lütten ja auch erstmal nur 1+1 beigebracht "und mehr gibs 
nicht", und dann werden sie Stück für Stück darüber aufgeklärt, belogen 
worden zu sein.

Und Unversitäten sind ein Hort des Wissens. Die ehemaligen Schüler 
kommen im Glauben dahin, nun alles zu wissen. Die ehemaligen Studenten 
verlassen sie in der Gewissheit, absolut nichts zu wissen. Und genau 
dieses Wissen wird in den Kellern der Universitäten fein säuberlich in 
Kartons gepackt gelagert.
Der kommt von Douglas Adams oder Terry Pratchet.

Es wird Zeit, dass sie magnetische Monopoloe finden, dann könnt beim 
Fluss auch was fließen. Ich fand diesen ganzen "magnetkrams" auch immer 
nur sehr wenig intuitiv :D

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

J. T. schrieb:
> So wird den Lütten ja auch erstmal nur 1+1 beigebracht "und mehr gibs
> nicht", und dann werden sie Stück für Stück darüber aufgeklärt, belogen
> worden zu sein.

Warum? Ist 1+1 denn nicht 2?

von Joachim B. (jar)


Lesenswert?

Udo S. schrieb:
> J. T. schrieb:
>> So wird den Lütten ja auch erstmal nur 1+1 beigebracht "und mehr gibs
>> nicht", und dann werden sie Stück für Stück darüber aufgeklärt, belogen
>> worden zu sein.
>
> Warum? Ist 1+1 denn nicht 2?

er meinte Lüge ist das es nicht mehr gibt, wann lernen Kinder imaginäre 
Zahlen?

Welche Zahlen kennst du?
https://studyflix.de/mathematik/zahlenmengen-3260

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Udo S. schrieb:
> Ist 1+1 denn nicht 2?

Nicht immer.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

von Steven schrieb:
>Warum schreiben dann so gut wie alle physikalischen Websiten für
>Schüler, Studenten etc. das gleiche? Das wäre ja ein fataler
>physikalischer Irrtum und Fehler. Das ist ein Riesending. Millionen
>Menschen lernen das Falsche oder wird das falsche Wissen beigebracht.
>Das ist doch ein Disaster.

Die Formel ist ja nicht falsch, dein Stabmagnet erfüllt nur nicht
nicht die Bedingungen für diese Formel. Deshalb kannst du sie
nicht benutzen.

Wie "von Uwe" schon schrieb:

>> B = µo* µr *I *n/l

>Die Formel gilt, wenn der Eisenkern (mit µr>>1) über die ganze
>Länge l vorhanden ist.
>Ist der Magnetkreis "aussenrum" über Luft (mit µr=1) geschlossen,
>ist sie leider unzutreffend.

von J. T. (chaoskind)


Lesenswert?

Udo S. schrieb:
> Warum? Ist 1+1 denn nicht 2?

Hab ich nie behauptet. Ich ließ das Ergebnis offen, in der Annahme wir 
seien hier alle schon groß.

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Die Formel ist ja nicht falsch, dein Stabmagnet erfüllt nur nicht
> nicht die Bedingungen für diese Formel. Deshalb kannst du sie
> nicht benutzen.

Aber genau diese Bedingungen werden ja für die Schüler und Studenten 
nicht definiert. Es steht nirgends irgendetwas davon, dass diese Formel 
mit Eisenkern nur in einem magnetischen Kreis gilt.
Es ist nur die Rede von einer Zylinderspule. Mehr nicht.
Schau dir mal im Anhang dieses Beispiel von Leifiphysik an.
Laut deren Definition wird die Permeabilität des Stoffes für die 
magnetische Flussdichte im Innenraum der Zylinderspule multipliziert.
Nirgends steht da was von einem magnetischen Kreis.
Und laut eurer Definition ist das aber falsch.

: Bearbeitet durch User
von Johann (hhonline)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Interessante Diskussion.
Hier mein Beitrag.

1) PM mit FEMM - in Luft  => Bild B1.png
1
8 mm Durchmesser
2
20 mm lang
3
B0 = 1.25T
4
Hc = 800kA/m
Die gerechnete Induktion stimmt gut mit der Messung überein.


2) wie 1) nur mit einer Eisenplatte im Abstand 0.1mm => Bild B2.png

Die gerechnete Kraft (24.4N) stimmt gut mit der Messung überein.

Frage an @muellermilch
Was ist das Ziel?  Falls es darum geht die Kraft zu optimieren, dann 
wäre ein magnetischer Rückschluss nicht schlecht. Jetzt hängt ein Pol in 
der Luft.

3) ist 1+1 jetzt 2?? wäre wichtig zu wissen

4) Magnet mit Spule folgt.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Johann schrieb:
> Was ist das Ziel?

Grüß dich Johann, aktuell geht es nur darum, herauszufinden, welche 
magnetische Flussdichte im Innenraum einer Spule mit Eisenkern herrscht.
Genau das wollte ich mit FEMM darstellen.

Mit Permanentmagneten komme ich auch super klar mit FEMM. Aber trotzdem 
danke für dein Beispiel.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Udo S. schrieb:

> Warum? Ist 1+1 denn nicht 2?

Wie jeder Digitalstudent weiß, ist die Antwort 10!

von Roland D. (roland_d284)


Lesenswert?

Moin,

Steven schrieb:
> Günter L. schrieb:
>> Die Formel ist ja nicht falsch, dein Stabmagnet erfüllt nur nicht
>> nicht die Bedingungen für diese Formel. Deshalb kannst du sie
>> nicht benutzen.
>
> Aber genau diese Bedingungen werden ja für die Schüler und Studenten
> nicht definiert. Es steht nirgends irgendetwas davon, dass diese Formel
> mit Eisenkern nur in einem magnetischen Kreis gilt.
> Es ist nur die Rede von einer Zylinderspule. Mehr nicht.
> Schau dir mal im Anhang dieses Beispiel von Leifiphysik an.
> Laut deren Definition wird die Permeabilität des Stoffes für die
> magnetische Flussdichte im Innenraum der Zylinderspule multipliziert.
> Nirgends steht da was von einem magnetischen Kreis.
> Und laut eurer Definition ist das aber falsch.

Ja, ist falsch. Also:

Formel für Induktivität Zylinderspule mit Luftkern: L=µ*A*N²/l

So weit, so einfach. Ist aber recht ungenau für kurze Zylinderspulen. 
Offensichtlich hat ein Drahtring (l=0) ja keine unendliche Induktivität. 
Es gibt für den Fall eine genauere: L=µ*A*N²/(l+0.9R)

Das heißt: Der magnetische Widerstand ist im wesentlichen der Widerstand 
durch den Zylinder. Aber die Feldlinien müssen aus der Stirnseite erst 
noch herauskommen um sich im Raum zu verteilen. Die Endkappen sozusagen, 
da wo die Feldlinien nicht mehr im Zylinder sind, sich aber noch nicht 
im Raum verteilen können, haben auch noch einen kleinen Beitrag zum 
magnetischen Widerstand. Wenn diese "Endkappen" in der Luft sind, der 
Kern jedoch Eisen ist, kann man diese Formel etwas modifizieren:

L=µ0*A*N²/(l/µr + 0.9R)

Also die wirksame Länge des Kerns reduziert sich um µr und damit auch 
der magnetische Widerstand, die Endkappen bleiben aber. Bei µr im Kern 
wird sozusagen die Spule um den Faktor µr verkürzt, der magnetische 
Widerstand der "Endkappen" bleibt aber. Demnach ist Also ist die Aussage 
von Leifiphysik dann richtig, wenn gilt l/µr >> R. Sprich die Spule muss 
wirklich sehr lang sein. Oder der Kern schaut zu beiden Seiten ein 
gehöriges Stück weit heraus, denn dann "Verkürzen" sich diese 
"Endkappen" ebenfalls um µr.

Gruß, Roland

von Johann (hhonline)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

so.

Hier FEMM mit Spule. Ich denke eine geschlossen analytische Lösung gibt 
es nicht (= Formel).
1
* Magnetkern Eisen 8mm Durchmesser, 20mm lang - wie PM
2
* herum eine Spule, 18mm lang, 3mm hoch
3
* der Strom wurde so gewählt, dass Kraft etwa 25N

Ergebnisse:
1
* Strom x Windungen = 1400 A x Windungen
2
* Querschnitt der Spule 54mm²
3
* => Stromdichte  26 MA/m² = 26A/mm²
4
* Induktion im Kern ~1T

Erkenntnisse:
1
* Die Spule im Beispiel würde abbrennen. Stromdichte viel zu hoch
2
* Man müsste die Spule (und Kern) vergrößern. Länger, größerer Durchmesser
3
* Permanentmagnete haben eine ohne Energiedichte. Mit einer Spule kaum zu erreichen

* Jemand an FEMM Dateien interessiert?
* habe erst nur den Initialbeitrag von Steven gelesen. Jetzt dann erst 
die Kommentare dazwischen. Mir brummt jetzt noch der Kopf.
* wollte noch Parameterstudien machen. Habe aber aktuell wenig Zeit, das 
Ostern vor der Türe steht.
* Kommentare willkommen

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

"von Johann"
Wo hast du die Simulation C1.png C2.png her?
Ist das ein Programm auf dein Computer,
oder eine Web-Seite im Internet?

von Michi S. (mista_s)


Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> Wo hast du die Simulation C1.png C2.png her?

Das sind ja nur Bilder, keine Simulationen; was sie zeigen beschreibt er 
ohnehin im Text.

Betrachtet man die beiden Bilder genauer, erkennt man sehr schnell die 
frappierende Ähnlichkeit, die gehören offenbar zu ein und derselben 
Simulation und zeigen auch das gleiche Ergebnis.

C2.png verrät außerdem, wie diese Bilder konkret entstanden sind: das 
sind wohl ganz simple Screenshots aus denen der Inhalt des angezeigten 
Fensters mit dem Density-Plot ausgeschnitten worden ist; erkennt man 
daran, daß bei C2.png noch ein anderes Ergebnisfenster (mit numerischen 
Ergebnissen) im Vordergrund zu sehen ist - mit seinem Dekor.


Günter L. schrieb:
> Ist das ein Programm auf dein Computer,
> oder eine Web-Seite im Internet?

Nachdem es simple Screenshots sind ist das wohl anzunehmen; heißen tut 
es lt. Text offenbar FEMM - googeln kannst Du hoffentlich selbst.

von Johann (hhonline)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Günter L. schrieb:
> "von Johann"
> Wo hast du die Simulation C1.png C2.png her?
> Ist das ein Programm auf dein Computer,
> oder eine Web-Seite im Internet?

Programme für FEM
* FEMM (einfach & robust) zu finden auf: 
https://www.femm.info/wiki/HomePage
* alternativ gibt es :  https://freefem.org/
* oder ONELAB  http://onelab.info/


Michi S. schrieb:
> Das sind ja nur Bilder, keine Simulationen; was sie zeigen beschreibt er
> ohnehin im Text.

Leider FALSCH.
Es sind Bilder (korrekt), die das Ergebnis der Simulation zeigen. 
Durchgeführt mit FEMM mit WINE auf linux Plattform. FEMM kann nur BMP 
und WMF Format daher screenshots (auch richtig erkannt).
Beilage: die FEMM Datei für @mista_s
1
[Format]      =  4.0
2
[Frequency]   =  0
3
[Precision]   =  1e-008
4
[MinAngle]    =  30
5
[DoSmartMesh] =  1
6
[Depth]       =  1
7
[LengthUnits] =  millimeters
8
[ProblemType] =  axisymmetric
9
[Coordinates] =  cartesian
10
[ACSolver]    =  0
11
[PrevType]    =  0
12
[PrevSoln]    =  ""
13
[Comment]     =  "MIT License Copyright (C) 2024: HHonline"
14
[PointProps]   = 0
15
[BdryProps]   = 0
16
[BlockProps]  = 3

Hätte eigentlich fachliche Kommentare zum Thema erwartet. Stattdessen 
reden wir über screenshots.

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Johann schrieb:
> Hätte eigentlich fachliche Kommentare zum Thema erwartet. Stattdessen
> reden wir über screenshots.

Ich bin immernoch schockiert darüber, dass das Wissen welches millionen 
von Menschen beigebracht wird zum Teil einfach komplett falsch ist.

Was hast du als Kern genommen? Pure Iron?
Magst du dir mal bitte meine Simu anschauen, ob das soweit stimmt, was 
ich da gebaut habe?

von Rainer W. (rawi)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Nun habe ich folgendes gelernt:
> „An den Enden der Zylinderspule ist die magnetische Flussdichte ungefähr
> halb so groß wie im Innenraum.“

Das braucht man nicht zu lernen, weil es sich direkt daraus ergibt, dass 
an den Enden der Zylinderspule die Hälfte der Windungen fehlen. Genau 
genommen gilt das deshalb auch nur für ausreichend lange Zylinderspulen, 
bei denen der Einfluss der Windungen jenseits der Enden vernachlässigt 
werden kann.

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Johann schrieb:
> Jemand an FEMM Dateien interessiert?

Hallo Johann, im Anhang findest du einen Magneten mit technischen Daten.
Nun wollte ich die Haftkraft mit 2 verbundenen Magneten in FEMM 
darstellen, aber die Werte hauen vorne und hinten nicht hin.
Die entsprechenden Bilder und Auswertung findest du auch im Anhang.
Normalerweise sollte der Magnet eine Haftkraft von ca. 26N aufweisen.
FEMM sagt aber nur 4,6N. Nehme ich statts einen Magneten einen Eisenstab 
mit gleichen Maßen, erhalte ich nur 2,9N. Wo ist der Fehler?

Bitte um Hilfe.

: Bearbeitet durch User
von Johann (hhonline)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo Steven, fast am Ziel.

Ein paar Grundlagen:

* Die Kraft zwischen 2 Körpern wird mir dem Maxwell´schen Stress-Tensor 
berechnet. Das heißt, es muss zwischen den Körpern etwas Luft sein, 
sonst wird das nix. 0.1 mm reicht.

* Wir haben hier eine 3D Problem (x,y,z-Achse) zu lösen. FEMM kann aber 
nur 2D. Bei zylindrischen Problemen (r,phi,z) kann man reduzieren, da 
alle Größen nur von r und z abhängen. Die Berechnung muss man natürlich 
anpassen (das macht FEMM selber).
Ich habe für den Magnet ein Rechteck mit 4x30mm angenommen. Das 
"rotiert" um die y-Achse und ist dann ein Zylinder mit 8mm Durchmesser 
und 30mm lang.
1
[ProblemType] =  axisymmetric

Zum Projekt:

* Als Gegenstück würde eine größere Platte annehmen. siehe R22a.fem

* Magnet laut Datenblatt:
1
Hc = 900kA/m,   Br = 1.3T  ==> µr = 1.15

* Mein Ergebnis ist F = 28.38N  - nicht geschwindelt

* Bilder gibt es keine (hatten wir schon)

* Viel Glück!

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo Johann, vielen Dank!

Johann schrieb:
> Wir haben hier eine 3D Problem (x,y,z-Achse) zu lösen. FEMM kann aber
> nur 2D. Bei zylindrischen Problemen (r,phi,z) kann man reduzieren, da
> alle Größen nur von r und z abhängen. Die Berechnung muss man natürlich
> anpassen (das macht FEMM selber).
> Ich habe für den Magnet ein Rechteck mit 4x30mm angenommen. Das
> "rotiert" um die y-Achse und ist dann ein Zylinder mit 8mm Durchmesser
> und 30mm lang.

Das ist sehr interessant. Danke!

Johann schrieb:
> Als Gegenstück würde eine größere Platte annehmen.

Ich würde es gerne so realistisch wie möglich darstellen. Ich habe 
praktische Messuntersuchungen durchgeführt und würde gerne diese mit 
FEMM vergleichen.
Zum Beispiel habe ich die Kraft zwischen 2 Magneten in unterschiedlichen 
Abständen gemessen. Ist das so mit FEMM nicht möglich? Gerade weil die 
Maßen ja dann identisch sind und so eine Eisenplatte das Ergebnis 
theoretisch verfälschen würde.
Auch würde ich gerne die Kraft betrachten, wenn ich eine Verschiebung 
zwischen den Magneten habe (siehe Anhang - ignoriere das graue Bauteil)
Ist soetwas mit FEMM möglich bzw. wie realistisch ist sowas mit FEMM?

Ich schaue es mir gleich mal, freue mich trotzdem über deine Meinung.

: Bearbeitet durch User
von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Ich habe das mal so ausprobiert. Allerdings finde ich die Unterschiede 
im Vergleich zur Realität schon enorm.

Auf der Seite von supermagnete und deren Berechnung liegt die Haftkraft 
in einem Abstand von 1.98mm bei ca. 11,4N.

https://www.supermagnete.de/adhesive-force-calculation/result?paramset=m/S-08-30-N

FEMM gibt uns bei einem Abstand von 1.98mm eine Haftkraft von 14,25N. 
(siehe Anhang)

Mit diesem Wissen physikalische Berechnungen vorzunehmen, finde ich 
tatsächlich etwas fragwürdig. Aber gerne lasse ich mich eines Besseren 
belehren.

: Bearbeitet durch User
von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Ich muss mich korrigieren.
Ich sehe gerade dass die Feldstärke bei dem Magneten stark schwankt.
Du hattest ja einen Wert von 900kA/m drin. Ich hatte als Magnetisierung 
N42 angeben, welches ein Wert von 994kA/m aufweist, was ja in dem Fall 
falsch ist.
Aber auch mit dem kleinsten angegebenen Wert von 860kA/m komme ich auf 
12,4N laut FEMM. Immernoch ein Unterschied von 1N, aber schon etwas 
besser.
Aufgrund der Schwankungen der Feldstärke, ist das unmöglich die 
Ergebnisse von FEMM mit der Realtität zu vergleichen.

von Paul (graumantel)


Lesenswert?

Fun Fact: www.supermagnete.de nutzt FEMM zur Berechnung :)

von Tom (tom_major)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Auf wessen Mist ist eigentlich dieser Ausschnitt gewachsen, in dem nicht 
mal zwischen "das" und "dass" korrekt unterschieden wird? Dass einige 
der Mitstreiter auf µc Probleme damit haben ist verzeihlich, aber sollte 
das ein Schulbuch sein - oO!

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Paul schrieb:
> Fun Fact: www.supermagnete.de nutzt FEMM zur Berechnung :)

Na huch, danke, habe ich jetzt auch nach deiner Info gelesen.
Hmm, fraglich woher nun der Unterschied kommt.

von Paul (graumantel)


Lesenswert?

andere Materialdaten vermutlich. In FEMM ist zwar ein N42 hinterlegt, 
aber das muss nicht die gleichen Werte wie das von Supermagnete haben: 
1.26-1.29T Br und 860-966kA/m  bei Supermagnete zu 1.05 ur und 42 MGOe 
BHmax (kann man ineinander umrechnen, hab ich aber grad nicht da) ist 
wahrscheinlich nicht das gleiche.

von Paul (graumantel)


Lesenswert?

Nachtrag: der Thread ist lang und vielleicht habe ich das überlesen, 
aber hast Du die Flussdichte am Permanentmagneten mal gemessen wenn er 
am Eisen klebt? Zum Vergleich? Messungen dann freilich am freien Ende. 
Die sollte höher als die 0.5T sein von denen ich annehme das sie ohne 
Eisen in der Umgebung gemessen wurden).

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Paul schrieb:
> In FEMM ist zwar ein N42 hinterlegt,
> aber das muss nicht die gleichen Werte wie das von Supermagnete haben:
> 1.26-1.29T Br und 860-966kA/m

N42 hatte ich zwar erst benutzt, mich aber dann korrigiert und dann die 
Werte selbst eingestellt. Wobei ja nur hauptsächlich der Wert 
"860-966kA/m" interessant ist. Wie geschrieben hatte ich dann den 
kleinsten Wert mit 860kA/m eingestellt. Trotzdem komme ich nicht auf die 
Ergebnisse von supermagnete.

Paul schrieb:
> zu 1.05 ur

Wo hast du denn diesen Wert bei supermagnete gefunden?

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


Lesenswert?

Hier auch noch mal ein gutes Erklärviedeo.

https://www.youtube.com/watch?v=DDTo2dvJOkQ

von Paul (graumantel)


Lesenswert?

Steven schrieb:
> Paul schrieb:
>> zu 1.05 ur
>
> Wo hast du denn diesen Wert bei supermagnete gefunden?

Das ist der Wert von FEMM, den hab ich von hier: 
https://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample

Steven schrieb:
> Wobei ja nur hauptsächlich der Wert "860-966kA/m" interessant ist

Das stimmt so nicht. Zur Beschreibung eines hartmagnetischen Materials 
wie NdFeB mit einem linearen Materialmodell (sollte hier ausreichen) 
braucht es zwei Werte, weil die Kennlinie eine Gerade ist, die im 
BH-Kennfeld nicht durch den Nulldurchgang geht. Entweder man gibt die 
beiden Schnittpunkte mit den Koordinatenachsen an (Hc und Br) , oder 
einen Schnittpunkt und den Anstieg (my_r), oder das Energieprodukt BHmax 
=~ Hc x Br/4 des Magneten und eine der drei genannten Größen.

Beispiel für N42: 
https://www.eclipsemagnetics.com/site/assets/files/19485/ndfeb_neodymium_iron_boron-standard_ndfeb_range_datasheet_rev1.pdf

von Steven (muellermilch)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Sorry, so meinte ich das nicht. Hätte mich besser ausdrücken sollen.
Ich meinte damit die Range die in den technischen Daten angegeben wird. 
(siehe Anhang). Welchen Wert von 860 - 966 soll ich nehmen? Das macht es 
halt unmöglich den Magneten korrekt einzustellen.
Das gilt natürlich dann auch für die anderen Werte.

von Paul (graumantel)


Lesenswert?

hängt von ab was Du erreichen willst.
a) Übereinstimmung der Simulationen
-> bei Supermagnete nachfragen was genau die rechnen, oder in der Range 
so lange probieren bis es passt. Kann halt sein das die Luftspaltlänge 
oder die Vernetzung im FE Modell abweicht, zusätzlich zu den 
Materialdaten
b) Vorhersage des realen Verhaltens
-> wenn die Materialdaten um 10% schwanken wird es nicht genauer als das

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Udo S. schrieb:
>
>> Warum? Ist 1+1 denn nicht 2?
>
> Wie jeder Digitalstudent weiß, ist die Antwort 10!

touché
:-)

von Johann (hhonline)


Lesenswert?

Paul schrieb:
> hängt von ab was Du erreichen willst.
> a) Übereinstimmung der Simulationen
> -> bei Supermagnete nachfragen was genau die rechnen, oder in der Range
> so lange probieren bis es passt. Kann halt sein das die Luftspaltlänge
> oder die Vernetzung im FE Modell abweicht, zusätzlich zu den
> Materialdaten
> b) Vorhersage des realen Verhaltens
> -> wenn die Materialdaten um 10% schwanken wird es nicht genauer als das

Exakt!

Es gibt eine Wirklichkeit. D.h. man kann die Kraft zwischen den Magneten 
messen. Dazu gibt es dann noch eine Messunsicherheit.

Dann gibt es einen Berechnungsansatz. Es gibt Fehler in der Modellierung 
(FEMM verwendet P1 Elemente, mesh, Randbedingungen, ...) und zusätzlich 
die große Unsicherheit bei allen Parametern. Hat schon jemand versucht 
die Kraft über "virtuelle Verschiebung" zu rechnen - anstatt der 
StressTensor über die Oberfläche zu integrieren?

Also. Wenn die Messung 25N bringt, dann wäre ich mit einem 
Simulationsresultat im +/-10% Bereich zufrieden.

von Steven (muellermilch)


Lesenswert?

Ja ich verstehe, ich danke euch!

Gibt es eine Möglichkeit die Verschiebekraft zwischen 2 Magenten in FEMM 
zu bestimmen?

Johann schrieb:
> Hat schon jemand versucht
> die Kraft über "virtuelle Verschiebung" zu rechnen - anstatt der
> StressTensor über die Oberfläche zu integrieren?

Bitte um Erklärung, was "virtuelle Verschiebung" ist.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.