Grundlagen der Elektromagnetik und Magnetismus

Magnetische Hysterese

Bei einem ferromagnetischen Material wird durch ein äußeres Magnetfeld eine Hystereseschleife durchlaufen. Die magnetische Flussdichte folgt dabei nicht linear der Feldstärke.

Wirkung eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Leiter

Befindet sich ein Leiter in einem Magnetfeld, wirkt auf ihn eine Lorentzkraft (F = B · L · I). Die Richtung der Kraft lässt sich mit der Korkenzieherregel bestimmen.

Elektromagnetische Induktion

Die Induktion beschreibt die Erzeugung einer elektrischen Spannung durch die Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld, wobei die magnetischen Feldlinien geschnitten werden.

Faradaysches Induktionsgesetz

Es gibt zwei Wege, dies auszudrücken:

• Bewegungsinduktion: Ein Leiter bewegt sich senkrecht zu den Feldlinien (E = B · L · v).
• Transformatorinduktion: In einer Leiterschleife ist die induzierte Spannung proportional zur zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses (E = dΦ / dt).

Lenzsche Regel

Die induzierte Spannung wirkt ihrer Ursache entgegen, um den Stromfluss zu begrenzen.

Verluste in Eisenkernen

• Hystereseverluste: Energieverlust durch die Reibung der magnetischen Moleküle bei der Ummagnetisierung.
• Wirbelstromverluste: Induzierte Ströme im Eisenkern führen zu Erwärmung. Durch die Verwendung von isolierten Blechpaketen werden diese Verluste reduziert.

Autoinduktion und Spulen

Die Selbstinduktion beschreibt die Spannung, die in einer Spule bei einer Stromänderung entsteht. Sie wirkt der Stromänderung entgegen.

Induktivität

Das Verhältnis von magnetischem Fluss zu Stromstärke wird als Induktivität (L) in Henry (H) angegeben (L = Φ / I).

Molekulartheorie der Magnete

Ferromagnetische Materialien bestehen aus magnetischen Elementarbereichen (Molekülen). In nicht-magnetischen Materialien sind diese zufällig orientiert. In Magneten sind sie ausgerichtet.

Magnetarten

Man unterscheidet natürliche Magnete (z. B. Magnetit) und künstliche Magnete. Die Magnetisierung kann durch hohe Temperaturen oder mechanische Erschütterungen aufgehoben werden.

Elektromagnetismus

Magnetfelder werden durch stromdurchflossene Leiter erzeugt.

• Magnetfeld eines Leiters: Ein Stromfluss erzeugt konzentrische Feldlinien um den Leiter.
• Magnetfeld einer Leiterschleife: Der Stromfluss durch eine Schleife bündelt die Feldlinien.
• Magnetfeld einer Spule: Durch die Wicklung einer Spule um einen ferromagnetischen Kern addieren sich die Feldlinien, wodurch ein starkes Magnetfeld entsteht.

Magnetische Induktion und Fluss

Die magnetische Flussdichte (B) wird in Tesla (T) gemessen. Der magnetische Fluss (Φ) ist das Produkt aus magnetischer Flussdichte und Querschnittsfläche.

Magnetische Permeabilität

Die Permeabilität gibt an, wie stark ein Material ein Magnetfeld verstärkt (B = μ₀ · μᵣ · H).