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?
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
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.
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.
Weicheisenkern Permeabilität: 5000 (Beispielwert, da nicht bekannt)
Was du hier schnell vergisst:
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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
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 ...
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.
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.
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?
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.
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.
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:
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:
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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?
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.
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".
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.
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.
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.
Hier siehst du die Feldlinien bei einen Stabmagneten,
wo sie außenrum im Bogen durch die Luft gehen.
und Luft hat einen großen megnetischen Widerstand.
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?
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?
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.
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?
"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."
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?
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
"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.
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.
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.
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.
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?
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?
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!
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.
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 :)
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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 :-)
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 :-)
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
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?
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.
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.
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?
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.
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!
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.
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.
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.
Es gibt keine freien magnetischen Ladungsträger (mag. Monopole) also kann auch nichts fließen im Sinne eines magnetischen Leitungsstromes.
Wenn es einen Widerstand geben würde, würde dieser auch Leistung in Form von Wärme abgeben und ein Dauermagnet würde sich „entladen“.
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.
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.
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.
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.
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.
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)
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:)
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.
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?
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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
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.
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?
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.
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.
Die gerechnete Induktion stimmt gut mit der Messung überein.
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.
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.
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=µAN²/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=µAN²/(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=µ0AN²/(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.
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.
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
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.
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?
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
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.
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.
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.
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!
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.
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).
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.
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.
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.
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
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.
