1.2 Elektrotechnik

- Fluss (phi)

- Durchflutung (Theta)

- Permeabilität (µ)

- Feldstärke (H, Henry)

- Induktion (Flussdichte, B>)

Der magnetische Fluss kennzeichnet die Gesamtwirkung des magnetischen Feldes oder seiner Kraftlinien.

Analogie: der Strom I

\(Phi = B *A\)

Phi:  in Vs od. Wb

B: in Vs/m² od. Wb/m² od. T

A in m²

Die Flussdichte , auch Feldliniendichte oder Induktion genannt, ist der magnetische Fluss bezogen auf den Querschnitt des Magnetkreises.

Analogie: Die Stromdichte S

\(B=\frac{phi}{A}\)

phi in Vs od. Wb

B in Vs/m² od. Wb/m² od. T

A in m²

Die Durchflutung Theta ist das Mass für die bewegten, elektrischen Ladungen, die zur Magnetfeldbildung beitragen.

Analogie: Die indutierte Spannung an einer Spule.

\(Theta= N * I\)

N ist Einheitenlos

Theta in A

I in A

Der Magnetkreis besteht üblicherweise aus unterschiiedlichen Teilabschnitten mit unterschiedlicher Durchflutung. Diese Teildurchflutungen werden häufig als magnetischer Spannugsabfall bezeichnet.

Induktivitätsfaktor

Experimentel kann bewiesen werden, dass der magnetische Fluss der Durchflutung proportional ist.

Phi~Theta

Daraus lässt sich das "Ohmsche Gesetz" des Magnetkreises bilden.

Der Proportionalitätsfaktor oder Induktivitätsfaktor Lambda lässt sich dazu benutzen, um bei bekannten Magnetkreisgrössen den Arbeitspunkt-Zusammenspiel von Phi und Theta- als Funktion des magnetischen Leitwertes zu beschrieben.

Analogie: Ohmscher Leitwert G

Der magnetische Widerstand ist konventionsgemäss der Umkehrwert des magnetischen Leitwertes.

Es handelt sich um eine Stoffgrösse, es sind ausserordentlich kleine Zahlenwerte. Deshalb wird µin Relation zum µ des Vakuums (µ₀) gesetzt, weil im Vakuum keine Wechselwirkung zwischen Feld und Stoff stattfinden kann. µ₀ ist im gegensatz zu e₀ nicht der kleinst mögliche Wert.

Weil die für Magnetkreise üblicherweise verwendeten Materialien, ferromagnetische Stoffe nicht lineare R_m aufweisen.

µ_r wird in Kurvenblättern in Funktion der Durchflutung oder der Induktion dargestellt.

Magnetisch neutrale Stoffe besitzen einen linearen magnetischen Widerstand.

Ferromagnetische Stoffe haben einen nichtlinearen magnetischen Widerstand.

Die magnetische Durchflutung eines Magnetkreises ist gleich der Summe der einzelnen magnetischen Spannungsabfälle. Zur einfacheren Berechnung von Magnetkreisen wird häufig der magnetische  Spannungsabfall pro Meter Magnetkreislänge, die magnetische Feldstärke, verwendet.

Die magnetische Feldstärke H lässt sich aus Durchflutung und Magnetkreislänge berechnen. In der Praxis wird jedoch meistens von der Induktion ausgegangen. Deshalb soll die Abhängigkeit zwischen Feldstärke und Induktion dargestellt werden.

Dies sind Magnetisierungkennlinien. Sie werden in der Praxis nicht als phi=f(Theta) angegeben, sondern auf der Kennlinie B=f(H) ungerechnet µ=f(H).

Bis Punkt C steigt die Magnetisierungslinie fast linear an. Die Ausrichtung der Elementarmagnete verläuft demnach proportional zum Spulenstrom. Ab Punkt C sind alle Elementarmagnete ausgerichtet. ⇒Das Material ist in der Sättigung. der Fluss steigt nur noch wie bei der Luftspule an

Wird bei einem Magnetkreis der Spulenstrom abgeschaltet, so sinkt der Fluss Phi nicht auf seinen Ursprungswert Null zurück. Es bleibt ein Restmagnetismus vorhanden, weil sich nicht alle Elementarmagente wieder in die Ursprungslage zurückversetzen.

Dieser Restmagentismus wird Remanenz genannt. Technisch ist dieses Phänmen wichtig, weil dank der Remanenz, Dauermagnete hergestellt werden können.

Wird ein Magnetkreis mit Wechselstrom betrieben, so müssen sich die Elementarmagente im Takt der Stromfrequenz umpolen. Die Magnetisierungskurve geht dabei bei H=0 durch die Remanenzkurve (B_r, B'_r).

Sie ist ein Mann für die Magnetisierungsverluste, der auch Hysteresisverluste genannt. Diese Verluste entsprechen dem Energieaufwand der für das ständige Umpolen der Elementarmagnete notwendig ist. Diese Hysteresisverluste führen zu unerwünschter Erwärmung des Magnetkreises.

Fortdauer einer magnetischen Kraft nach aufhöhren ihrer Ursache.

Die Koerzitivfeldstärke oder auch Umkehrkraft genannt, ist die Feldstärke, die benötigt wird, um die Remanenz zu eliminieren.

H_c: Koerzitivfeldstärke

Links zeigt ein magnetische hartes Material, rechts ein magnetisch weiches Material.

Wechselstrommagnete sollen möglichst kleine H_c aufweisen, um die Hysteresisverluste klein zu halten. → magn. Weich.

Dauermagnete dagegen sollen eine möglichst grosse Remanenz und Koerzitivkraft zum löschen der Remanenz besitzen. → magn. hart.

- Erwärmung über den Curie-Punkt. Wenn magnetische Materialien genüend stark erwärmt werden (curie-Temperatur), so verlieren sie ihren Magnetismus restlos.

- Langsames Entfernen aus einem starken, magnetischen Wechselfeld heraus. Da der magnetische Fluss mit grösser werdendem Abstand zum Magneten immer kleiner wird, ist eine gleichmässige Entmagnetsierung möglich.

- Langsames Reduzieren des Spulenstromes. Dadurch wird die Durchflutung immer kleiner und das magnetische Wechselfeld kann linear verkleinert werden.

Es äussert sich durch Kräfte, mit denen andere Felder oder magnetischen Materialien beeinflusst werden., und durch die Fähigkeit, elektrische Ladungen zu trennen, also Spannungen zu induzieren.

Die Kraft hängt von der Polfläche und der Induktion ab.

Ein Magnetfeld, Mit der Zapfenzieherregellässt sich der Drehsinn des Feldes ermitteln: Wenn amn sich vorstellt, einen Zapfenzieher in Stromrichtung in den Leiter zu drehen, so gibt die Drehrichtung des Zapfenziehers die Richtung der Feldlinien an.

Parallele Leiter, die in dergleichen Richtung vom Strom durchfössen werden, ziehen sich an. Fliesste der Strom entgegengesetzt , stossen sie sich ab.

Die Feldlinien heben sich zwischen den Leitern auf. Es bildet sich ein Gesamtfeldum beide Leiter. ⇒ Die Leiter ziehen sich an.

Der Strom fliesst entgegengesetzt. Das heisst, dass die Felder zwischen den Leitern gleichgesinnt sind. ⇒ Sie stossen sich ab.

Vom Strom in den Leitern, von der Länge der parallelen Leitungsführung und dem Abstand zwischen den Leitern.

Es zeigt was passiert wen sich ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld befindet. Links: homogenes Feld zwischen zwei Magnetpolen. Rechts: konzentrisches Feld um den Leiter.

Es ist ein überlagertes magnetisches Fled aus Teilfeldern von Leiter und Magnetpol. Auf der linken Seite sind das Polfeld und das Leiterfeld entgegengerichtet und heben scih teilweise gegenseitig aus. Auf der rechten Seite findet eine Feldverstärkung durch die gleichgerichteten Felder statt. Daraus resultiert eine Ablenkungskraft. Die Feldlinien wollen sich verkürzen und drängen deshalb den Leiter in Richtung der geringeren Felddichte. Kerht man eines der Felder um, so wechselt die Kraftwirkung. 

Hält man die linke Hand so in das Magnetfeld, dass die Feldlinien in die Handfläche eintreten und die ausgestreckten Finger dei Stromrichtung anzeigen, so zeigt der abgespreizte Dauem in Richtung der Ablenkkraft, die auf den Leiter Wirkt.