Magnetisches Feld Michael Funke – DL4EAX Kapitel 1.2.4 Fragen TB401 bis TB408 Michael Funke – DL4EAX

Magnetische Felder … … entstehen bei jeder Bewegung von elektrischen Ladungen. Sie entstehen zum Beispiel, wenn Strom durch einen gesteckten Leiter oder durch eine Spule fließt. Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse E 1. Auflage, September 2006 Bildquelle: Talos, CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12759533

Ein magnetisches Feld … … entsteht zum Beispiel auch bei einer Antenne. Bei dem Bild einer Vertikalantenne sieht man die magnetischen Feldlinien (x). Zusammen mit den elektrischen Feldlinien entsteht ein elektromagnetisches Feld, dazu später mehr. Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse E 1. Auflage, September 2006

Dauermagneten … … bestehen aus ferromagnetischen Werkstoffen (zum Beispiel Eisen oder Ferriten). Bildquelle: Von Eurico Zimbres FGEL/UERJ - the author is owner, CC BY-SA 2.0 br https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=333496 Bildquelle: Von Omegatron - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=640068

Ferrite … … sind keramische Werkstoffe, die z.B. aus Eisenoxid oder Magnetit bestehen. Sie haben je nach Beimischung (z.B. Nickel, Zink, Mangan, Kobalt oder Cadmium) unterschiedliche Eigenschaften. Hartmagnetische Ferrite lassen sich schwer ummagne-tisieren, behalten den Magnetismus aber gut bei und werden als Dauermagnete (z.B.in Lautsprechern) einge-setzt. Weichmagnetische Ferrite lassen sich leicht ummagneti-sieren und behalten den Magnetismus nicht lange bei. Dadurch leiten sie magnetische Felder wesentlich ver-lustfreier und eignen sich z.B. gut als Spulenkerne.

Bei einem Drehspulmessgerät … befindet sich eine drehbare Spule aus Kupferdraht im Feld eines Dauermagneten. Durch die Wechselwirkung der Kräfte zwischen einem permanentmagnetischen und einem elektromagnetischen Feld kann sich der Zeiger bewegen. Bildquelle: Von Søren Peo Pedersen (User:Peo) Self made with POV-Ray. See source code below., CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=199388

Eine andere Art von Wechselwirkung… … haben wir bei Spulenkernen. Dort bringen wir Eisen- oder Ferritkerne in die Spule ein um das Magnetfeld zu verstärken. Damit steigt auch die Induktivität. Bildquelle: Stan Zurek - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=954713 Bildquelle: Autorenschaft unbekannt., CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=528715 Bringen wir hingegen einen Kupfer- oder Aluminiumkern ein, wird die Induktivität verringert weil das hochfrequente Magnetfeld nicht in den Kern eindringen kann und das Feld eine kleinere räumliche Ausdehnung hat.

Mathematische Zusammenhänge

Die magnetische Feldstärke H… … wird in der Einheit Ampere / Meter (A/m) gemessen. Für eine Ringspule gilt folgende Formel: 𝐻= 𝐼 ∙𝑁 𝑙𝑚 H = magnet. Feldstärke in Ampere / m I = Stromstärke in Ampere N = Windungszahl lm = mittlere Feldlinienlänge in Meter

Anwendung der Formel Gegeben ist eine Ringkernspule mit einen mittleren Durchmesser von 3,2 cm und 6 Windungen Kupferdraht. Wie groß ist die mittlere magnetische Feldstärke im Ringkern, wenn der Strom 4 A beträgt? 𝐻= 𝐼 ∙𝑁 𝑙𝑚 = 4 𝐴 ∙ 6 0,032𝑚 ∙ 𝜋 =238,7 A/m Hinweis: Wir rechnen zuerst den Durchmesser in m um. Danach wird mit 𝜋 multipliziert um den Umfang zu berechnen. →𝑈𝑚𝑓𝑎𝑛𝑔=𝐷𝑢𝑟𝑐ℎ𝑚𝑒𝑠𝑠𝑒𝑟 ∙ 𝜋

Die magnetische Flussdichte B … … beschreibt wie die magnetische Feldstärke H, bestimmte Eigenschaften des magnetischen Feldes. Keine von beiden ist das magnetische Feld. Keine ist besser oder schlechter oder falsch oder richtig. In bestimmten Situationen ist die eine besser zu gebrauchen als die andere. Bei Beschreibungen der Induktion ist B einfacher zu handhaben, um Eigenschaften von Magneten zu beschreiben, ist H besser. Beide Größen sind miteinander gekoppelt, nämlich über 𝐵𝑚= 𝜇𝑟∙𝜇0∙𝐻

Erklärung der Formel 𝐵𝑚= 𝜇𝑟∙𝜇0∙𝐻 B = magnetische Flussdichte in Tesla (Vs/m²) H = magnetische Feldstärke in A/m μr = relative Permeabilitätszahl μ0 = magnetische Feldkonstante (1,2566•10–6 Vs/Am) Die magnetische Permeabilität bestimmt die Fähigkeit von Materialien, eine Magnetfeld zu verstärken oder abzuschwächen. Luft ist neutral und hat damit μr = 1. Die magnetische Feldkonstante ist eine physikalische Konstante und gibt das Verhältnis der magnetischen Flussdichte zur magnetischen Feldstärke im Vakuum an.

Anwendung der Formel Eine Luftspule erzeugt eine Feldstärke von 5000 A/m. Wie groß ist die magnetische Flussdichte? 𝐵𝑚= 𝜇𝑟∙𝜇0∙𝐻 Bm = 1 ∙ (1,2566 𝑉𝑠 ∙ 10 – 6 ) ∙ 500 𝐴 𝐴 ∙ 𝑚 ∙𝑚 =6,283 𝑚𝑇 B = magnetische Flussdichte in Tesla (Vs/m²) H = magnetische Feldstärke in A/m μr = relative Permeabilitätszahl, hier 1 weil Luft μ0 = magnetische Feldkonstante (1,2566•10–6 Vs/Am)

Wurde alles empfangen? Bildquelle: Mit Genehmigung von Dian Kurniawan YD1OSC https://hambuilder.com/product/hbr4hf-new/

Initiales Autorenteam: Michael Funke - DL4EAX Carmen Weber - DM4EAX Willi Kiesow – DG2EAF Änderungen durch: Hier bitte Ihren Namen eintragen, wenn Sie Änderungen vorgenommen haben. Sie dürfen: Teilen: Das Material in jedwedem Format oder Medium vervielfältigen und weiterverbreiten. Bearbeiten: Das Material verändern und darauf aufbauen. Unter folgenden Bedingungen: Namensnennung: Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Diese Angaben dürfen in jeder angemessenen Art und Weise gemacht werden, allerdings nicht so, dass der Eindruck entsteht, der Lizenzgeber unterstütze gerade Sie oder Ihre Nutzung besonders. Nicht kommerziell: Sie dürfen das Material nicht für kommerzielle Zwecke nutzen. Weitergabe unter gleichen Bedingungen: Wenn Sie das Material verändern oder anderweitig direkt darauf aufbauen, dürfen Sie Ihre Beiträge nur unter derselben Lizenz wie das Original verbreiten. Der Lizenzgeber kann diese Freiheiten nicht widerrufen solange Sie sich an die Lizenzbedingungen halten. Details: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/