Magnetismus und elektromagnetische Induktion

Magnetische Eigenschaften

Ein Magnetfeld ist der Raum um einen Magneten, in dem sich die magnetische Wirkung bemerkbar macht. Innerhalb dieses Bereichs wird jedes Eisenteilchen vom Magneten angezogen, außerhalb erfährt es keine Anziehung. Das Magnetfeld wird durch Feldlinien dargestellt, die vereinbarungsgemäß vom Nord- zum Südpol verlaufen. Wenn sich Pole mit gleichem Vorzeichen nähern, stoßen sie sich ab.

Der magnetische Fluss ist die Anzahl der Feldlinien, die durch eine in ein Magnetfeld gebrachte Oberfläche verlaufen. In Bezug auf die magnetischen Eigenschaften von Körpern werden diejenigen als durchlässig bezeichnet, die den magnetischen Fluss mit geringem Widerstand durchlassen, der als Reluktanz bezeichnet wird. Wenn ein durchlässiger Körper in ein homogenes Magnetfeld eindringt, kommt es zu einer Konzentration der Feldlinien im durchlässigen Material, was als Induktion bekannt ist.

Elektromagnetismus

Durch Anlegen eines elektrischen Stroms können magnetische Effekte erzielt werden. Das Experiment von Örsted zeigt, dass der elektrische Strom im umgebenden Raum ein Magnetfeld erzeugt. Je höher der Strom, desto größer das Magnetfeld. Die Bewegungsrichtung der Feldlinien hängt von der Stromrichtung ab und kann mit der Rechte-Hand-Regel bestimmt werden: Umfasst man den Leiter mit dieser Hand so, dass der Daumen die Richtung des Stromflusses angibt, zeigen die Finger die Richtung der Feldlinien an. Wenn anstelle eines linearen Leiters eine Spule vorhanden ist, ist das entstehende Magnetfeld größer. Wenn wir anstelle einer Windung N Windungen haben, erhöht sich dieses Magnetfeld um das N-fache. Wenn ein Magnetkern eingebracht wird, verstärkt sich das Magnetfeld.

Elektromagnete finden breite Anwendung in Relais. Diese bestehen aus einem Elektromagneten und einem Stück Weicheisen, dem sogenannten Anker, der vom Elektromagneten angezogen wird, wenn Strom durch seine Spule fließt.

Magnetische Kreise

Ein magnetischer Kreis ist der Weg, dem die geschlossenen Feldlinien folgen, die durch ein ferromagnetisches Material kanalisiert sind und eingeschlossene Luftabstände aufweisen können. In magnetischen Kreisen ist der Fluss wie ein Strom von Feldlinien, die durch die magnetische Kraft angetrieben werden, und die Schwierigkeit bei der Bewegung ist die Reluktanz.

Elektromagnetische Induktion

Wenn sich ein Leiter in einem Magnetfeld bewegt, entsteht ein elektrischer Strom. Dieses Phänomen wird als elektromagnetische Induktion bezeichnet. Wenn anstelle eines Kabels eine Spule vorhanden ist, ist der entstehende Strom größer, und er ist umso größer, je größer das Magnetfeld und je größer die Bewegungsgeschwindigkeit der Spule ist. Es ist egal, ob sich der Magnet oder die Spule bewegt, wichtig ist, dass es Unterschiede im Fluss gibt und dass die Bewegung der Spule die Linien des Magnetfelds schneidet. Wenn sie sich parallel bewegt, wird kein Strom erzeugt. Die Richtung der im Leiter induzierten elektromotorischen Kraft (EMK) kann mit der Rechte-Hand-Regel von Fleming ermittelt werden: Daumen, Zeige- und Mittelfinger der Hand werden so positioniert, dass sie Winkel zwischen sich bilden. Der Daumen zeigt in Bewegungsrichtung des Leiters, der Zeigefinger in Richtung des Magnetfelds und der Mittelfinger in Richtung der induzierten EMK.

Die Auswirkungen der elektromagnetischen Induktion treten auch in Magneten auf. Wenn wir eine Spule an einen Generator anschließen und den Schalter schließen, fließt elektrischer Strom durch sie und erzeugt dadurch ein Magnetfeld, das umso größer ist, je mehr Strom fließt. Wenn sich in der Nähe eine zweite Spule befindet, die an ein Galvanometer angeschlossen ist, unterliegt diese den Feldlinien, die das vorherige Phänomen erzeugen. Die Induktion zwischen zwei Spulen hat eine Hauptanwendung in Transformatoren. Der Transformator besteht aus zwei Spulen, die übereinander und beide auf einen Magnetkern gewickelt sind. Um im Sekundärkreis Strom zu erzeugen, muss eine Änderung des Flusses erfolgen, was häufig durch die Verwendung von Wechselstrom erreicht wird. Der im Sekundärkreis erhaltene Strom ist ebenfalls Wechselstrom. Um diesen im Auto verwenden zu können, ist es notwendig, Verfahren durchzuführen, um ihn in Gleichstrom umzuwandeln. Dies wird durch den Einsatz der Diode als Gleichrichter erreicht. Die Kerne der Spulen bestehen daher aus Eisen, das ein elektrischer Leiter ist und wie die Spulen Magnetfeldänderungen ausgesetzt ist.