Elektrizitätslehre

Elektromagnetismus

Starke Elektromagnete

  • Kann man Magnete ein- und ausschalten?
  • Wie funktioniert eine Klingel …
  • … und wie eine elektronische Sicherung?
  • Wie ist ein Drehspulmessinstrument aufgebaut?

Starke Elektromagnete

1 Aufbau und Funktionsweise eines Elektromagneten mit Eisenkern

Die magnetische Kraftwirkung, die von einem geraden Leiter beim Oerstedt-Versuch ausgeht ist sehr gering. Nur bei hohen Stromstärken wird die Kompassnadel merklich ausgelenkt. Die hierfür erforderliche Kraft ist sehr gering.

Wickelt man Kupferdraht zu einer kleinen Spule, so ist die Kraftwirkung schon höher, aber als praktikabler Hubmagnet für ferromagnetische Stoffe ist diese "Luftspule" noch nicht sonderlich geeignet. Wickelt man allerdings die Spulenwindungen auf einen Eisennagel, so können schon sicher Büroklammern angehoben werden (vgl. nebenstehendes Bild).

In der kleinen Animation wird gezeigt, wie es zur Verstärkung der magnetischen Wirkung durch einen Eisenkern in der Spule kommt:

Zunächst liegen die Elementarmagnete im Eisen regellos durcheinander, ihre magnetische Wirkungen heben sich nach außen auf. Nach dem Einschalten des Spulenstroms richten sich die Elementarmagnete - aufgrund der magnetischen Wirkung der Spule - aus. Nun "addieren" sich ihre magnetischen Wirkungen und verstärken diejenige der Spule.

Verwendet man zwei größere Spulen, die in geeigneter Weise auf einen U-Kern aus Weicheisen aufgesetzt werden, so kann selbst nur mit einer Flachbatterie erreicht werden, dass ein Eisenstück (Joch) an dem ein großer Stein hängt, gehalten wird.
Noch effizienter ist der nebenstehend abgebildete Magnet aufgebaut. Mit ihm können - je nach Ausführung - ferromagnetische Körper (z.B. Schrottautos) mit einer Masse von mehreren Tonnen gehoben werden. Neuerdings werden die Spulen dieser Magneten aus supraleitendem Material (d.h. aus extrem guten Leitern) hergestellt.

Der Vorteil eines Elektromagneten gegenüber einem Permanentmagneten ist die Tatsache, dass beim Abschalten des Spulenstroms die magnetische Wirkung nahezu verschwindet (d.h. das Schrottauto löst sich wieder vom Magneten).

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