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Elektromagnet

Ein Elektromagnet besteht aus einer Spule, in der sich bei Stromdurchfluss ein Magnetfeld bildet. Die Spule besteht aus einem Draht und ist um einen meist offenen Eisenkern gewickelt, der das Magnetfeld verstärkt.

Zunächst liegen die Elementarmagnete im Eisen regellos durcheinander, ihre magnetische Wirkung hebt sich nach außen auf. Nach dem Einschalten des Spulenstroms richten sich die Elementarmagnete - aufgrund der magnetischen Wirkung der Spule - aus. Nun "addieren" sich ihre magnetischen Wirkungen und verstärken diejenige der Spule.
Es entsteht entsteht ein Magnetfeld.
Das Magnetfeld wird in Feldlinien dargestellt, die die Flussrichtung des Magnetfeldes anzeigen.
Die Feldlinien des Magnetfeldes treten am Nordpol des Elektromagneten aus dem Eisenkern aus, strömen am Südpol wieder hinein und laufen innerhalb des Magneten wieder zum Nordpol.
Die Stärke des Magnetfeldes nimmt mitzunehmendem Abstand zum Magneten ab.
Die Geschwindigkeit (in Betrag und Richtung), sowie die Größe (Betrag und Vorzeichen) der bewegten Ladungen bestimmen die Stärke und Richtung der magnetischen Kräfte.

Geschichte des Elektromagneten

1820 entdeckte Hans Christian Oersted mit einem Kompass die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes.
Noch im selben Jahr bemerkte Francois Arago die Magnetisierung von Eisen (Stahlnadeln) durch einen von Strom durchflossenen Leiter.
Vier Jahre später führte er ein Experiment durch, bei dem eine frei rotierbare Magnetnadel über einer rotierenden Kupferscheibe schwebt und durch die Rotation der Scheibe ebenfalls in Bewegung gesetzt wird.
Michael Faraday wies einige Jahre später nach, dass es sich hierbei um die Induktion handelt.
Allerdings dauerte es noch fünf Jahre, bis der erste brauchbare Elektro-Magnet konstruiert wurde.
Die Spulen verhielten sich zwar grundsätzlich wie Magnete, wiesen aber ohne einen festen Eisenkern keine Tragkraft auf.
Der Engländer William Sturgeon war der erste der 1825 die durch Elektrizität hervorgerufenen Magnete in Hufeisenform beschrieben hat.
Den Eisenbügel mit Kupferdraht umwunden, konnte ein solcher Magnet bei Stromeinspeisung schwere Eisenstangen tragen; ohne Strom fiel das Gewicht augenblicklich ab.
Es handelte sich um eine folgenschwere Erfindung.
Denn jetzt war auch der Weg zur praktischen Anwendung des Elektro-Magnetismus frei.
In Deutschland wurde 1828 der erste Elektro-Magnet in Berlin von Georg Friedrich Pohl vorgeführt. Die Tragkraft lag bei etwa 5 kg.
Die ersten Elektro-Magnete von größerer Tragkraft, 65 kg, baute 1828 Gerard Moll in Utrecht.
Um 1830 stieg die Kraft der Magnete von Sturgeon auf 200 kg, und in Albany, USA, gelang es Joseph Henry und Ten Eyck, elektrische Hufeisenmagnete für Lasten bis zu 500 kg herzustellen.
Die Tragkraft der Elektro-Magnete übertraf nun die Kraft sowohl der größten Naturmagnete (100 kg) als auch der leistungsstärksten künstlichen Magnete (125 kg).
Allerdings wirkten die Elektro-Magnete nur solange der Strom eingeschaltet war.

Nutzung von Eektromageten

Elektromagneten werden in vielen Bereichen verwendet sowohl im Alltag als auch in besonderen Einrichtungen. Elektromagnete werden z.B. verwendet als:

  • Türöffner-Magnet, Magnete in Summern und Tür-Gongs
  • Zugmagnete, Schubmagnete
  • Hubmagnete (Magnetkran in Stahlwerken)
  • Magnete, um Weichen von Schienenfahrzeugen zu stellen
  • Erregerfeld-Erzeugung in Elektromotoren (z. B. Staubsauger) und Generatoren (Kfz-Lichtmaschiene, Kraftwerk)
  • Separatoren zur Stofftrennung „ferromagnetisch“ / „nicht ferromagnetisch“ (Magnetscheider, z. B. zur Müllsortierung)
  • Ablenkmagnete in Teilchenbeschleunigern für geladene Teilchenstrahlen
  • Ablenkspulen- und Fokussiermagnete (Elektronenmikroskop, Elektronenstrahlschweißen, Bildröhren)

Quellen

Wikipedia.de http://www.vde-verlag.de/buecher