GTI1, Kapitel 3 - Magnetismus
GTI1 Kapitel 3 Magnetismus
GTI1 Kapitel 3 Magnetismus
Welche Stoffe werden von einem Magneten angezogen?
Eisen, Nickel und Kobalt und die meisten ihrer Legierungen.
Welche Kraftwirkung üben Magnetpole aufeinander aus?
Gleichnamige Pole stossen einander ab, ungleichnamige Magnetpole ziehen einander an.
Wodurch unterscheidet sich magnetisiertes von unmagnetisiertem Eisen?
Im magnetischen Eisen sind die Elementarmagnete geordnet, im unmagnetischen Eisen sind sie unge-
ordnet und heben sich in ihrer Wirkung auf.
Welchen Verlauf haben die Feldlinien eines Magneten?
Ausserhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol. Feldlinien sind geschlossene Linienzüge.
Wie kann ein Werkstück entmagnetisiert werden?
Durch ein abklingendes magnetisches Wechselfeld, durch Glühen und durch Erschütterungen.
Welche Wirkung zeigt der elektrische Strom um einen Leiter?
Um jeden stromdurchflossenen Leiter bildet sich ein Magnetfeld.
Welche Form hat das Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter?
Der Leiter ist von kreisförmigen konzentrischen Feldlinien umgeben.
Welche Richtung haben die Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter?
Welche Kraftwirkung besteht zwischen parallelen stromdurchflossenen Leitern?
Gleiche Stromrichtung
Welche Kraftwirkung besteht zwischen parallelen stromdurchflossenen Leitern?
Ungleiche Stromrichtung
Welche Form hat das Magnetfeld um eine stromdurchflossene Spule?
Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule entspricht dem Magnetfeld eines Stabmagneten. Im Spuleninneren ist das Feld homogen. >> Spulenregel: Legt man die rechte Hand so um die Spule, dass die Finger in Richtung des Stromes zeigen, so zeigt der Daumen zum Nordpol der Spule.
Von welchen Grössen hängt die magnetische Durchflutung ab?
Strom und Windungszahl
Welcher Zusammenhang besteht zwischen der magnetischen Feldstärke und der magnetischen Durchflutung?
H= magn. Fluss / l (A/m)
Im Eisenkern eines Transformators mit der mittleren Feldlinienlänge von 30 cm soll eine Feld- stärke von 400 A/m herrschen. Welche Durchflutung ist notwendig?
120A
Wie heisst die Gesamtzahl aller magnetischen Feldlinien?
magnetischer Fluss (1 Vs = 1 Wb)
Wie ist die magnetische Flussdichte festgelegt?
Die magnetische Flussdichte B, auch magnetische Induktion genannt, ist der Fluss, der die Flächenein-heit senkrecht durchsetzt. Die zulässige Flussdichte B ist vom verwendeten Werkstoff abhängig.
Welcher Zusammenhang besteht bei einer eisenlosen Spule (Luftspule) zwischen der magne- tischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte?
B steigt linear mit H
B= u0 * H
Wie ändert sich die magnetische Flussdichte, wenn ein Eisenkern in eine stromdurchflossene Spule eingebracht wird?
Der Eisenkern verstärkt wesentlich die magnetische Flussdichte.
Wie kann bei einer Spule mit bekanntem Kernwerkstoff und bei gegebener Feldstärke die magnetische Flussdichte bestimmt werden?
Der Zusammenhang zwischen der Feldstärke und der Flussdichte wird aus der Magnetisierungskennli-nie entnommen. Eine Berechnung ist meist nicht möglich.
Erklären Sie den Begriff Sättigung!
Ein Magnetwerkstoff ist gesättigt, wenn alle Elementarmagnete ausgerichtet sind. In der Sättigung steigt die Flussdichte trotz steigender Feldstärke kaum an.
Erklären Sie die Begriffe Remanenzflussdichte und Koerzitivfeldstärke!
Die Remanenzflussdichte Br (Restmagnetismus) ist die Flussdichte, die nach dem Magnetisieren bei der Feldstärke null zurück bleibt. Die Koerzitivfeldstärke Hc ist die Feldstärke, die notwendig ist, um den Restmagnetismus zu beseitigen.
Welche Form hat die Ummagnetisierungskennlinie (Hystereseschlaufe) eines hartmagnetischen Werkstoffes?
Hartmagnetische Werkstoffe haben eine breite Ummagnetisierungskennlinie, d.h. eine grosse Koerzitivfeldstärke Hc.
Welche Form hat die Ummagnetisierungskennlinie (Hystereseschlaufe) eines weichmagneti- schen Werkstoffes?
Weichmagnetische Werkstoffe haben eine schmale Ummagnetisierungskennlinie, d.h. eine kleine Koer-zitivfeldstärke Hc
Der Kern eines Transformators ist aus Elektroblech V100-35B hergestellt. Die mittlere Feld-linienlänge im Elektroblech beträgt 40 cm. a) Welche Durchflutung ist erforderlich, um im Blechpaket eine magnetische Flussdichte von 1,2 T zu erzeugen? b) Wie gross ist die Permeabilitätszahl μr?
Aus Kurve B=1,2 T >> H=300 A/m a) Durchflutung= 120 A b) μr= 3182
Der Eisenkern eines Transformators besteht aus Elektroblech V360-50B. Die mittlere Feldli-nienlänge ist 550 mm. Die Spule hat 1100 Windungen. Welche magnetische Flussdichte ent-steht, wenn durch die Spule im Leerlauf 0,5 A fliessen?
B aus Magnetisierungskurve = 1,48 T
Der Eisenkern eines Transformators besteht aus Elektroblech V360-50B. Die mittlere Feldli-nienlänge ist 550 mm. Die Spule hat 1100 Windungen. Welche magnetische Flussdichte ent-steht, wenn durch die Spule im Leerlauf 0,5 A fliessen?
B aus Magnetisierungskurve = 1,48 T
Der Schnittbandkern ist aus 20 mm breitem Elektroblech V360-50B gewickelt. 1,8 Prozent des Kernquerschnittes gehen für die Isolation zwischen den Elektroblechen verloren. Berechnen Sie
a) die magnetische Durchflutung,
b) die magnetische Feldstärke,
c) die magnetische Flussdichte,
d) die Permeabilitätszahl μr!
e) den magnetischen Widerstand,
a) Durchflutung= 697 A
b) H = 1800 A/m
c) B = 1,54 T
d) μr = 680
e) Rm = 869’920 A/Vs
Im Luftspalt des Eisenkerns soll ein magnetischer Fluss Φ = 6 mWb entstehen. Der Kern aus Elektroblech V360-50B hat einen Querschnitt von A = 40 cm2. Die mittlere Feldlinienlänge im Eisen ist lFe = 75 cm, im Luftspalt lLuft = 5 mm. Berechnen Sie a) die magnetische Flussdichte B, b) die erforderliche Durchflutung Θ, c) der erforderliche Strom I bei einer Windungszahl von N = 1000 Windungen.
a) B = 1,5 T, b) Θ = 6754 A, c) I = 6,75 A
Welche Wirkung übt ein Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter aus?
Er erfährt im Magnetfeld eine Kraftwirkung. Die Kraftwirkung resultiert aus der Überlagerung von zwei Magnetfeldern.
In welcher Richtung wird ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld abgelenkt?
Er wird aus dem Gebiet der Feldlinienverdichtung herausgedrängt. Die Feldlinienverdichtung hängt von Grösse und Richtung der Einzelfelder ab.
Linke-Hand-Regel / Motorregel
Erklären Sie die Spannungserzeugung durch Induktion!
Eine Induktionsspannung entsteht, wenn in einer Leiterschleife der magnetische Fluss geändert wird. Durch Induktion wird immer eine Wechselspannung erzeugt. >> Man unterscheidet:
a) Induktion der Bewegung (Generator) >>Flussänderung durch „Schneiden“ von Feldlinien.
b) Induktion der Ruhe (Transformator), >>Flussänderung durch Wechselströme.
Welche Grössen bestimmen die Höhe der Induktionsspannung?
Die Induktionsspannung steigt mit der Geschwindigkeit der Flussänderung und der Windungszahl, die vom Fluss durchsetzt wird. (Induktionsgesetz)
Bei welchen Maschinen wird das Induktionsprinzip angewandt?
In Generatoren, Transformatoren und Induktionsmotoren findet die Induktion Anwendung.
Warum werden bei Motoren möglichst kleine Luftspalte zwischen Stator und Rotor angestrebt?
Damit der magnetische Widerstand möglichst klein ist. Der Strom für die Magnetisierung kann daher klein gehalten werden.
Ordnen Sie den nachfolgenden Formelzeichen Einheiten zu: B, H, L, u0, Rm
B = Vs/m2 = T, H = A/m, L = Vs/A = H = (Ohm)s, u0 = Vs/Am, Rm = A/Vs = 1/s
Bezeichnen Sie die beiden Achsen des untigen Diagramms! Welche Hysteresekurve
(A oder B) ist für Transformatoren geeigneter?
Vertikale Achse: B = Vs/m2
Horizontale Achse: H = A/m
Kurve B ist geeigneter für einen Trafo!
Kurve B hat die kleineren Ummagnetisierungsverluste!
Interpretieren Sie die Hysteresekurven A und B
Kurve A: >> hartmagnetischer Werkstoff >> grosse Ummagnetisierungsverluste
Kurve B: >> weichmagnetischer Werkstoff >> kleine Ummagnetisierungsverluste
Weshalb benötigt die Spule mit Eisenkern weniger Magnetisierungsstrom als die Luftspule für den gleichen magnetischen Fluss?
Eine Spule mit Eisenkern hat einen kleineren magnetischen Widerstand als eine Luftspule.
Wie heisst das ohmsche Gesetz des Magnetismus?
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Cartes-fiches
Welche Stoffe werden von einem Magneten angezogen?
Eisen, Nickel und Kobalt und die meisten ihrer Legierungen.
Welche Kraftwirkung üben Magnetpole aufeinander aus?
Gleichnamige Pole stossen einander ab, ungleichnamige Magnetpole ziehen einander an.
Wodurch unterscheidet sich magnetisiertes von unmagnetisiertem Eisen?
Im magnetischen Eisen sind die Elementarmagnete geordnet, im unmagnetischen Eisen sind sie unge-
ordnet und heben sich in ihrer Wirkung auf.
Welchen Verlauf haben die Feldlinien eines Magneten?
Ausserhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol. Feldlinien sind geschlossene Linienzüge.
Wie kann ein Werkstück entmagnetisiert werden?
Durch ein abklingendes magnetisches Wechselfeld, durch Glühen und durch Erschütterungen.
Welche Wirkung zeigt der elektrische Strom um einen Leiter?
Um jeden stromdurchflossenen Leiter bildet sich ein Magnetfeld.
Welche Form hat das Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter?
Der Leiter ist von kreisförmigen konzentrischen Feldlinien umgeben.
Welche Richtung haben die Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter?
Welche Kraftwirkung besteht zwischen parallelen stromdurchflossenen Leitern?
Gleiche Stromrichtung
Welche Kraftwirkung besteht zwischen parallelen stromdurchflossenen Leitern?
Ungleiche Stromrichtung
Welche Form hat das Magnetfeld um eine stromdurchflossene Spule?
Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule entspricht dem Magnetfeld eines Stabmagneten. Im Spuleninneren ist das Feld homogen. >> Spulenregel: Legt man die rechte Hand so um die Spule, dass die Finger in Richtung des Stromes zeigen, so zeigt der Daumen zum Nordpol der Spule.
Von welchen Grössen hängt die magnetische Durchflutung ab?
Strom und Windungszahl
Welcher Zusammenhang besteht zwischen der magnetischen Feldstärke und der magnetischen Durchflutung?
H= magn. Fluss / l (A/m)
Im Eisenkern eines Transformators mit der mittleren Feldlinienlänge von 30 cm soll eine Feld- stärke von 400 A/m herrschen. Welche Durchflutung ist notwendig?
120A
Wie heisst die Gesamtzahl aller magnetischen Feldlinien?
magnetischer Fluss (1 Vs = 1 Wb)
Wie ist die magnetische Flussdichte festgelegt?
Die magnetische Flussdichte B, auch magnetische Induktion genannt, ist der Fluss, der die Flächenein-heit senkrecht durchsetzt. Die zulässige Flussdichte B ist vom verwendeten Werkstoff abhängig.
Welcher Zusammenhang besteht bei einer eisenlosen Spule (Luftspule) zwischen der magne- tischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte?
B steigt linear mit H
B= u0 * H
Wie ändert sich die magnetische Flussdichte, wenn ein Eisenkern in eine stromdurchflossene Spule eingebracht wird?
Der Eisenkern verstärkt wesentlich die magnetische Flussdichte.
Wie kann bei einer Spule mit bekanntem Kernwerkstoff und bei gegebener Feldstärke die magnetische Flussdichte bestimmt werden?
Der Zusammenhang zwischen der Feldstärke und der Flussdichte wird aus der Magnetisierungskennli-nie entnommen. Eine Berechnung ist meist nicht möglich.
Erklären Sie den Begriff Sättigung!
Ein Magnetwerkstoff ist gesättigt, wenn alle Elementarmagnete ausgerichtet sind. In der Sättigung steigt die Flussdichte trotz steigender Feldstärke kaum an.
Erklären Sie die Begriffe Remanenzflussdichte und Koerzitivfeldstärke!
Die Remanenzflussdichte Br (Restmagnetismus) ist die Flussdichte, die nach dem Magnetisieren bei der Feldstärke null zurück bleibt. Die Koerzitivfeldstärke Hc ist die Feldstärke, die notwendig ist, um den Restmagnetismus zu beseitigen.
Welche Form hat die Ummagnetisierungskennlinie (Hystereseschlaufe) eines hartmagnetischen Werkstoffes?
Hartmagnetische Werkstoffe haben eine breite Ummagnetisierungskennlinie, d.h. eine grosse Koerzitivfeldstärke Hc.
Welche Form hat die Ummagnetisierungskennlinie (Hystereseschlaufe) eines weichmagneti- schen Werkstoffes?
Weichmagnetische Werkstoffe haben eine schmale Ummagnetisierungskennlinie, d.h. eine kleine Koer-zitivfeldstärke Hc
Der Kern eines Transformators ist aus Elektroblech V100-35B hergestellt. Die mittlere Feld-linienlänge im Elektroblech beträgt 40 cm. a) Welche Durchflutung ist erforderlich, um im Blechpaket eine magnetische Flussdichte von 1,2 T zu erzeugen? b) Wie gross ist die Permeabilitätszahl μr?
Aus Kurve B=1,2 T >> H=300 A/m a) Durchflutung= 120 A b) μr= 3182
Der Eisenkern eines Transformators besteht aus Elektroblech V360-50B. Die mittlere Feldli-nienlänge ist 550 mm. Die Spule hat 1100 Windungen. Welche magnetische Flussdichte ent-steht, wenn durch die Spule im Leerlauf 0,5 A fliessen?
B aus Magnetisierungskurve = 1,48 T
Der Eisenkern eines Transformators besteht aus Elektroblech V360-50B. Die mittlere Feldli-nienlänge ist 550 mm. Die Spule hat 1100 Windungen. Welche magnetische Flussdichte ent-steht, wenn durch die Spule im Leerlauf 0,5 A fliessen?
B aus Magnetisierungskurve = 1,48 T
Der Schnittbandkern ist aus 20 mm breitem Elektroblech V360-50B gewickelt. 1,8 Prozent des Kernquerschnittes gehen für die Isolation zwischen den Elektroblechen verloren. Berechnen Sie
a) die magnetische Durchflutung,
b) die magnetische Feldstärke,
c) die magnetische Flussdichte,
d) die Permeabilitätszahl μr!
e) den magnetischen Widerstand,
a) Durchflutung= 697 A
b) H = 1800 A/m
c) B = 1,54 T
d) μr = 680
e) Rm = 869’920 A/Vs
Im Luftspalt des Eisenkerns soll ein magnetischer Fluss Φ = 6 mWb entstehen. Der Kern aus Elektroblech V360-50B hat einen Querschnitt von A = 40 cm2. Die mittlere Feldlinienlänge im Eisen ist lFe = 75 cm, im Luftspalt lLuft = 5 mm. Berechnen Sie a) die magnetische Flussdichte B, b) die erforderliche Durchflutung Θ, c) der erforderliche Strom I bei einer Windungszahl von N = 1000 Windungen.
a) B = 1,5 T, b) Θ = 6754 A, c) I = 6,75 A
Welche Wirkung übt ein Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter aus?
Er erfährt im Magnetfeld eine Kraftwirkung. Die Kraftwirkung resultiert aus der Überlagerung von zwei Magnetfeldern.
In welcher Richtung wird ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld abgelenkt?
Er wird aus dem Gebiet der Feldlinienverdichtung herausgedrängt. Die Feldlinienverdichtung hängt von Grösse und Richtung der Einzelfelder ab.
Linke-Hand-Regel / Motorregel
Erklären Sie die Spannungserzeugung durch Induktion!
Eine Induktionsspannung entsteht, wenn in einer Leiterschleife der magnetische Fluss geändert wird. Durch Induktion wird immer eine Wechselspannung erzeugt. >> Man unterscheidet:
a) Induktion der Bewegung (Generator) >>Flussänderung durch „Schneiden“ von Feldlinien.
b) Induktion der Ruhe (Transformator), >>Flussänderung durch Wechselströme.
Welche Grössen bestimmen die Höhe der Induktionsspannung?
Die Induktionsspannung steigt mit der Geschwindigkeit der Flussänderung und der Windungszahl, die vom Fluss durchsetzt wird. (Induktionsgesetz)
Bei welchen Maschinen wird das Induktionsprinzip angewandt?
In Generatoren, Transformatoren und Induktionsmotoren findet die Induktion Anwendung.
Warum werden bei Motoren möglichst kleine Luftspalte zwischen Stator und Rotor angestrebt?
Damit der magnetische Widerstand möglichst klein ist. Der Strom für die Magnetisierung kann daher klein gehalten werden.
Ordnen Sie den nachfolgenden Formelzeichen Einheiten zu: B, H, L, u0, Rm
B = Vs/m2 = T, H = A/m, L = Vs/A = H = (Ohm)s, u0 = Vs/Am, Rm = A/Vs = 1/s
Bezeichnen Sie die beiden Achsen des untigen Diagramms! Welche Hysteresekurve
(A oder B) ist für Transformatoren geeigneter?
Vertikale Achse: B = Vs/m2
Horizontale Achse: H = A/m
Kurve B ist geeigneter für einen Trafo!
Kurve B hat die kleineren Ummagnetisierungsverluste!
Interpretieren Sie die Hysteresekurven A und B
Kurve A: >> hartmagnetischer Werkstoff >> grosse Ummagnetisierungsverluste
Kurve B: >> weichmagnetischer Werkstoff >> kleine Ummagnetisierungsverluste
Weshalb benötigt die Spule mit Eisenkern weniger Magnetisierungsstrom als die Luftspule für den gleichen magnetischen Fluss?
Eine Spule mit Eisenkern hat einen kleineren magnetischen Widerstand als eine Luftspule.
Wie heisst das ohmsche Gesetz des Magnetismus?
