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Elektromagnet

Ein in der gesamten Elektrotechnik in vielen Variationen verwendetes Bauteil, dessen Prinzip darüber hinaus in zahlreichen elektrischen Maschinen und Geräten genutzt wird. Ein E. besteht im allg. aus einem weichmagnetischen Kern (Magnetismus, Eisenkern), der zum Teil in einer Spule steckt. Fließt Strom durch diese, entsteht im Kern ein kräftiger magnetischer Fluß (Induktion), dessen Anzugsvermögen auf andere magnetische Körper zur Verrichtung von Arbeit nutzbar ist. Das zu betätigende Element, »Anker« genannt, wird vor einem Luftspalt angeordnet, den der Magnetfluß passieren muß. Mechanische Vorrichtungen, die durch einen E. betätigt werden, bezeichnet man als »elektromechanische«. In der Fahrzeugtechnik: Weicheisenkörper als Kern einer Spule, wird bei Stromdurchgang durch die Spule zu einem kräftigen Magneten angeregt. Elektrodynamik und Elektrotechnik, ein Magnet, der im Gegensatz zum Dauermagneten nur dann ein Magnetfeld besitzt, wenn durch ihn ein elektrischer Strom fliesst. Obwohl bereits eine einfache stromdurchflossene Spule ein Magnetfeld besitzt, werden unter einem Elektromagneten gewöhnlich ein oder zwei Spulen verstanden, in deren Innerem sich ein Eisenkern befindet. Dieser besteht aus einem magnetisch weichen Material (z.B. Weicheisen, Permalloy-Legierungen) mit möglichst geringer Remanenz und möglichst hoher Permeabilitätszahl mr. Die magnetische Flussdichte B im Eisenkern ist um den Faktor mr grösser als in einer Spule ohne Kern, sofern keine Sättigung auftritt. Die gesamte magnetische Energie kann auf einen kleinen Raum konzentriert werden, wenn der Elektromagnet einen Luftspalt (Interferrikum) enthält. Im Interferrikum ist das B-Feld das gleiche wie im Eisenkern, die magnetische Feldstärke H ist dagegen gleich der des Aussenraums. Die Haltekraft (Tragkraft) des Magneten ergibt sich aus der Tendenz des Luftspalts, sich zu verkleinern, da sich dann die magnetische Feldenergie verringert. Sie berechnet sich aus der magnetischen Energie  zu

(A: Querschnitt, x: Abstand des Polschuhs von dem anzuziehenden Werkstück, m0: Permeabilität des Vakuums).

Bei Gleichstrom ist der Eisenkern massiv, bei Wechselstrom wird er zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten aus einzelnen, voneinander isolierten Blechen aufgebaut. Diese Konstruktion wird auch Blättermagnet oder Blätterung des Eisenkerns genannt (Eisenverluste).

Technische Elektromagnete bestehen aus den beiden Polschuhen, den beiden Polkernen, dem Eisenrückschluss oder Joch und dem Spulensystem, das sich zur Vermeidung von Streuflüssen möglichst nahe am Luftspalt befindet. Elektromagnete werden in Forschung, Technik und Alltag universell eingesetzt. Einige Beispiele sind in der Forschung Massenspektrometer, Teilchenbeschleuniger, Elektronenmikroskope, Kernspintomographen, in Alltag und Technik Telephone, Mikrophone und Hubmagnete, mit denen tonnenschwere Lasten gehoben werden können. Von besonderer Bedeutung sind supraleitende Magnete, die bei tiefen Temperaturen extrem hohe Magnetfelder verlustfrei erzeugen können, und die bei vielen grossen Anwendungen (Beschleuniger, Fusionsforschung) unentbehrlich sind.

 

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