ET4-18 – Magnetisches Feld – Elektromagnet [Grundlagen, Formen, Eigenschaften]

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext erfährst du alles Wissenswerte rund um das Thema Elektromagnet. In den darauffolgenden Kurstexten erfährst du alles Relevante zu den notwendigen Größen, der Rechte-Hand-Regel sowie dem Magnetfeld von durchflossenen Leitern.

Für ein optimales Verständnis helfen dir in diesem Kursabschnitt drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET5-Magnetische Felder

 

Merk’s dir!

“Unter elektrischen Magneten versteht man Magneten, die ihren Magnetismus erst durch Einwirkung elektrischer Ladungen erhalten. Sobald die elektrischen Ladungen nicht mehr wirken, verschwindet auch der Magnetismus wieder vollständig.”

 

Elektromagnet mit Kupferspulen
Elektromagnet mit Kupferspulen

 

Elektromagnet – Grundlagen

Unter elektrischen Magneten  versteht man Magneten, die ihren Magnetismus erst durch Einwirkung elektrischer Ladungen erhalten. Denn diese elektrischen Ladungen durchfließen einen zur Spule aufgewickelten Draht. Dabei gilt, dass eine elektrische Spannung vorhanden sein muss.

Sobald die elektrischen Ladungen nicht mehr wirken, verschwindet auch der Magnetismus wieder vollständig. Man spricht hierbei von einer Erregung.

 

Merk’s dir!

Die Stärke von elektrischen Magneten lässt sich mit Hilfe elektrischer Energie einstellen und überragt die Wirkung von Permanentmagneten um ein Vielfaches.

 

Der englische Erfinder und Physiker William Strugeon war 1826, der erste dem es gelang aus dem Verständnis und der Entdeckung der elektromagnetischen Wirkung des dänischen Physikers Hans Oersted einen elektrischen Magneten zu entwickeln.

 

Der Physiker James Maxwell griff diese Entdeckungen auf und formulierte die weltbekannten Maxwellgleichungen, die heute als Grundgleichungen der Elektrodynamik bekannt sind.

 

Max?… wer?

Die Maxwellgleichungen erlauben uns die Größen von elektrischen und magnetischen Feldern in Abhängigkeit von elektrischen Strömen und Ladungen zu berechnen.

 

Gleichspannungsmagnete, Wechselspannungsmagnete

Betrieben werden elektrische Magneten entweder mit Gleichspannung oder Wechselspannung.

Die Auswahl der Spannungsart / Magnetart richtet sich immer nach den geforderten Eigenschaften und der gewünschten Betätigung.

Die wichtigsten Eigenschaften jedes Typs findest du nachfolgend.

 

Gleichspannungsmagnet – Eigenschaften

  • Konstante und hohe Stromaufnahme

sowie

  • Längere Schaltzeit als Wechselspannungsmagneten

sowie

  • Schutzeinrichtung für das Schaltelemente beim Abschalten erforderlich

sowie

  • Erhöhte Abfallverzögerung

sowie

  • Schaltzeit lässt sich durch eine Überspannung beeinflussen

 

Wechselspannungsmagnet – Eigenschaften

  • Höhe der Stromaufnahme variiert mit der Ankerstellung

sowie

  • Kürzere Schaltzeit als Gleichspannungsmagneten

sowie

  • Entstörglied (RC-Glied) meist erforderlich

sowie

  • Kleine Abfallverzögerung

sowie

  • Schaltzeit lässt sich nicht beeinflussen

 

Spulen

Um eine magnetische Wirkung zu erreichen verwendet man Spulen, in denen sich durch einen elektrischen Stromfluss ein Magnetfeld ausbildet.

In den Spulen befindet sich zumeist ein offener Eisenkern, welcher es erlaubt das Magnetfeld zu steuern und bei Bedarf zu verstärken oder zu reduzieren. Der Eisenkern besitzt ferromagnetische Eigenschaften.

Kupferspule - Elektromagneten
Kupferspule – Elektromagneten

 

Formen

Nachfolgend findest du eine Auswahl von gängigen Elektromagneten in der Industrie.

  • Zugmagneten – Hubmagneten für Elektroschrott auf Schrott- oder Wertstoffplätzen
  • Kupplungsmagneten – Magnetische Schnappkupplungen für Güterwagons.
  • Tauchankermagnete – zum Verschließen von Kontakten
  • Druckmagneten – Linearmagneten

 

Hubmagnet als Variante der elektrischen Magneten
Hubmagnet als Variante der elektrischen Magneten

 

Herstellung, Material

Die einfachste Variante eines Elektromagneten ist eine Spule. Im nächsten Bild siehst du einen der Marke-Eigenbau mit offenem Eisenkern.

Elektromagnet - Marke, Eigenbau
Elektromagnet – Marke, Eigenbau

 

Wobei es sich hierbei zumeist um einen aufgewickelten Kupferdraht handelt. Man wählt Kupfer als Material, weil es kostengünstig ist und gleichzeitig gute elektrische Eigenschaften aufweist. Je nach Bedarf umläuft die Spule einen offenen Eisenkern, wie auf dem obigen Bild zu erkennen. 

 

Nur ne Spule?….

Nein, denn gerade wenn es um die Teilchenphysik geht, werden in der Forschung besonders komplexe Elektromagneten erzeugt. 

Elektromagnet - Teilchenbeschleuniger
Elektromagnet – Teilchenbeschleuniger

 

Zu den Materialien, aus denen sich Elektromagnete herstellen lassen, zählen:

  • Kupfer (Spulenmaterial)
  • Eisen (Kernmaterial)

 

Elektromagnet – Verwendung | Verwendungszwecke

Wir unterscheiden die Verwendung von Elektromagneten hinsichtlich eines Fehlens oder Vorhandenseins eines Eisenkerns.

 

Elektromagneten ohne Eisenkern

  • Induktor für Induktionsöfen

sowie

  • Supraleitende Magneten in Kernfusionsreaktoren

sowie

  • Bittermagnet

sowie

  • Magnete mit ungekühlten Magnetspulen für einmalige Versuche.

sowie

  • Elektromagnete mit Helmholtz-Spulen, Fanselau-Spulen oder Braunbek-Spulen

 

Elektromagneten mit Eisenkern

  • Türöffner-Magnete

sowie

  • Magnete in Türgongs

sowie

  • Magnetkupplungen an Bremsen

sowie

  • Zug– und Schubmagnete

sowie

  • Magnete zur Weichenstellung im Bahnverkehr.

sowie

  • Hubmagneten

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du nun einen Überblick hast, erklären wir dir im kommenden Kurstext einfach und unkompliziert, wie das Magnetfeld eines von Strom durchflossenen Leiters aussieht.   

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