Maximale Ausbeute eines Elektromagneten?

6 Antworten

Hier zuerst mal die wichtigsten Grundlagen, die du scheinbar noch nicht ganz verstanden hast.

  1. Jeder stromdurchflossene Leiter verursacht ein Magnetfeld. Wenn du also einen E-Magneten bauen möchtest, muss du dir klar machen, wie dieses Magnetfeld um einen einzelnen Leiter aufgebaut ist, wo sich Nord- und Südpol bilden und wie man den Stromdurchflossenen Leiter anordnen muss, um das gewünschte Magnetfeld zu erzeugen. Googel mal die folgend Begriffzeile "magnetfeld stromdurchflossener leiter bild" und erfreue dich an den schönen bunten Abbildungen.
  2. Wenn du das verstanden hast, dann müsstest du auch verstehen, dass eine kreisförmige Anordnung des Leiters die gewünschte Orientierung des erzeugten Magnetfeldes ergibt.
  3. Dann ist auch klar, dass dein Wunsch, das Magnetfeld zu verstärken, darauf hinausläuft, nicht nur einen stromdurchflossenen Leiter im Kreis anzuordnen, sondern diesen Leiter kreisförmig mit vielen Wicklungen aufzuwickeln. Es läuft also auf eine Spule, gewickelt aus vielen voneinander isolierten Kupferdrähten, hinaus.
  4. Wenn du also durch einen als Spule aufgewickelten Kupferdraht einen Strom fließen lässt, entsteht ein Magnetfeld mit 2 Polen und unzähligen Feldlinien zwischen den beiden Polen. In diesem Zusammenhang erklärt die sogenannte linke Hand Regel, in welcher Richtung im Leiter die Elektronen fließen müssen, um eine gewünschte Ausrichtung der Magnetfeldlinien zu erzielen...und wo sich Nord- und Süd-Pol des E-Magneten bilden werden.
  5. Der Lack um den Kupferdraht ist die dünnste Isolierschicht, die kostengünstig herzustellen ist, um einen Kurzschluss im Drahtwickel zwischen verschiedenen Windungen zu verhindern. Wenn du also ein normales, isoliertes Kupferkabel, wie du es überall kaufen kannst, verwenden möchtest, dann würde das funktionieren. Da aber die Isolierung viel dicker ist als die Lackschicht auf einem Trafo-Draht, bekommst du auf den selben Spulenträger mit Kupferlackdraht viel mehr Windungen gewickelt im Vergleich zum normal isolierten Kupferdraht (PVC-Isolierung). Dein E-Magnet mit PVC-Isolation des Drahtes ist also um einiges schwächer.
  6. Wenn du dann noch etwas herum-experimentierst und in die Spule verschiedenen Materialien einbringst, wirst du feststellen, dass der E-Magnet, sobald du Eisen verwendest, ein stärkeres Magnetfeld erhält und das die Feldlinien gebündelter verlaufen. Deshalb besitzen die meisten E-Magneten einen Eisenkern.
  7. Der aufgewickelte Kupferlackdraht hat einen bestimmten ohmschen Widerstand. Hat der aufgewickelte Draht einen großen Querschnitt, ist bei gleicher Gesamtlänge des aufgewickelten Drahtes der Widerstand viel kleiner als wenn du einen Draht mit kleinerem Querschnitt verwendet hättest.
  8. Das Ohmsche Gesetz U(Spannung in Volt) = I (Strom in Ampere) x R (Widerstand in Ohm) erklärt, dass Die Spannung angibt, welcher Strom durch einen Widerstand fließt. Wenn du also einen E-Magneten gewickelt hast, dessen Widerstand 100 Ohm beträgt, musst du eine Spannung von 100 Volt anlegen, um einen Stromfluss von 1 Ampere zu erreichen. Legst du nur 50 Volt an den E-Magneten an, dann verringert sich der Strom auf 0,5 Ampere.

Du stellst also die Stärke des magnetischen Feldes durch die Dimensionierung folgender Parameter ein:

  1. Anzahl der Windungen
  2. Materialeigenschaften des verwendeten Spulenkerns (Luft...Eisen...andere?)
  3. Drahtquerschnitt des Spulendrahtes / ohmscher Widerstand des gesamten Drahtwickels.
  4. Betriebsspannung des E-Magneten, wobei nur ein bestimmter maximaler Strom fließen darf, bei dem die Erwärmung des Drahtwickels unterhalb der Temperatur bleiben muss, bei der die Isolierung beschädigt wird. Da der Stromfluss jetzt nur noch über die Höhe der Spannung eingestellt werden kann, ist das Magnetfeld von Null bis zum möglichen Maximalwert regulierbar durch Veränderung der angelegten Spannung zwischen 0 Volt bis zur Spannung Umax.

Wenn du diese Zusammenhänge verstanden hast, kannst du mit deinen Experimenten beginnen und es kann nichts passieren, wenn du

  • mit einem Vielfachmessgerät die angelegte Spannung,
  • den fließenden Strom
  • und mit einem Infrarot-Temperaturmessgerät die Erwärmung des Drahtwickels

kontrollierst, wobei du natürlich zuerst den Widerstand der Spule ausmessen solltest, um ein Vorstellung zu bekommen, welche Spannung welchen Strom fließen lassen wird.

Das war der Versuch, auf einfachstem Niveau den E-Magneten zu erklären, damit du dir deine Fragen selbst beantworten kannst.

Grüße, Dalko

Das ist nicht nur ein physikalisches Problem, sondern auch ein geometrisches:
Wo genau, in welchem Raumvolumen, in welcher Form und Grösse brauchst du ein Magnetfeld?
Damit befassen sich Trafo- und Motorbauer seit Jahrzehnten oder bald schon Jahrhunderten, und immer wieder findet einer noch eine kleine Optimierung.

Für Bastlereien ist es physikalisch relativ (!) einfach:

Das "Ergebnis", die Ausbeute, ist die magnetische Flussdichte B in Tesla (oder Voltsekunde pro Quadratmeter).
Ursache ist die magnetische Erregung H in Ampère pro Meter.
B hängt über das Material in der Spule von H ab:

B = u * H (u = müü, magnetische Permeabilität, magnetische "Leitfähigkeit")

Und H seinerseits hängt eigentlich nur von Stromstärke und Windungszahl und natürlich von der Geometrie des Elektromagneten ab (beides proportional).

Wenige Windungen mit hohem Strom ergibt das gleiche Erbenis wie viele Windungen mit geringem Strom.
Die Stromstärke definiert die Drahtdicke.
Der Widerstand der Wicklung (bei DC) definiert die nötige Spannung.

Definiere "stark" beim Elektromagnet.

Maximale Flussdichte bekommst Du - siehe die Formel dafür - mit einem Kern aus Mumetall, viel Strom und vielen Windungen übereinander:
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/magnetfeld-einer-zylinderspule

Viel Strom erfordert dicke Leitungen (sonst zuviel Widerstand -> zu hohe Spannung -> zu viel Wärme), das verringert dann die Wicklungsdichte. Ausweg ist eine supraleitende Wicklung, die hat keinen Widerstand, solange man sie gut genug kühlt (typisch -200°C).

Kupferlackdraht wird verwendet, weil der Draht isoliert sein muss und der Lack viel weniger Platz kostet als andere Isolierungen.

Woher ich das weiß:Hobby

Wenn du einen blanken Kupferdraht wickelst, schließt eine Windung mit der anderen kurz. Das ganze Gebilde käme einer Windung mit sehr dicken Draht gleich und würde einem sehr niedrigen Widerstand, annähernd 0 Ohm besitzen. An einer Stromquelle würde das einem Kurzschluss entsprechen.

Hallo,

Kupferdraht und -Lackdraht:

Ohne Lack wäre es nur ein Kupfermantel mit einer Windung!

Ist dicke des Drahtes

Widerstand und Stromstärke!

Grüße aus Leipzig

Woher ich das weiß:Eigene Erfahrung – Ab dem Studium bin ich ein Freak für Elektronik u. Computer

Hi, Danke für deine Antwort.
Also kann ich keine gewöhnlichen Adern für einen Elektromagneten benutzen?!

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