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Versuche

Magnetisierung

Ziel des Versuchs

  • Aufnahme der Hysteresekurve eines Weicheisenkerns
Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Versuchsaufbau zur Bestimmung der Magnetisierung

Versuchsaufbau und Idee

Ein zunächst entmagnetisierter, geschlossener Eisenkern wird, wie in Abb. 1 dargestellt, durch die beiden in Serie geschalteten, von Gleichstrom durchflossenen Spulen zunehmend magnetisiert.
Bei jeder Stromstärkeänderung \(\Delta I\) kommt es zu einer Änderung des Magnetfeldes \(B\) im Eisenkern. Aufgrund der elektromagnetischen Induktion tritt in der um den Kern gewickelten Spule mit einigen Windungen ein Spannungsstoß \(U\cdot \Delta t\) auf, der proportional zur Änderung \(\Delta B\) des Magnetfeldes ist. Dieser Spannungsstoß verursacht am Spiegelgalvanometer einen Stoßausschlag \(\alpha^{*}\). Es gilt:\[\alpha^{*}\sim \Delta B\]Ziel des Versuchs ist es, einen Zusammenhang zwischen dem Spulenstrom \(I\) und der daraus resultierenden Stärke des Magnetfeldes \(B\) (mag. Flussdichte) zu erhalten. Dabei setzt sich das Magnetfeld \(B\) aus allen vorangegangen Änderungen des Magnetfeldes zusammen: \[B=\Delta B_1 + \Delta B_2 + \Delta B_3 +...\]

Beobachtung/Messwerte

Bei einem entsprechenden Versuch, ergaben sich folgende Messwerte:

Neukurve (Beginn mit unmagnetisiertem Eisenkern):

\(I\text{ in A}\)
0,00
0,15
0,35
0,60
0,85
1,20
2,25
\(\Delta B\) in rel. Einheiten
0,0
3,5
4,8
3,0
2,0
1,4
1,4
\(B\) in rel. Einheiten
0,0
3,5
7,2
10,2
12,2
13,6
15,0

Hysterese-Schleife (weiterer Verlauf):

\(I\text{ in A}\)
1,00
0,55
0,00
-0,20
-0,45
-1,00
-2,25
-1,00
-0,20
0,00
0,55
1,0
2,25
\(\Delta B\) in rel. Einheiten
-1,0
-2,0
-7,2
-6,3
-5,5
-4,8
-3,0
1,9
4,7
3,2
12,0
4,4
3,6
\(B\) in rel. Einheiten
14,0
12,0
4,8
-1,5
-7,0
-11,8
-14,8
-12,9
-8,2
-5,0
7,0
11,4
15,0

Versuchsauswertung

Die Versuchsauswertung erfolgt durch das Erstellen eines \(I\text{-}B\)-Diagramms für Neukurve und Hystereseschleife.

Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Hysteresekurve eines Weicheisenstücks

Deutung des Kurvenverlaufs

Bei relativ hohen Stromwerten verläuft die Neukurve immer flacher (Sättigungsbereich). Eine Erhöhung des Magnetfeldes erfolgt nur noch durch das äußere Spulenfeld. Eine Steigerung von \(B\) durch den Eisenkern erfolgt im Bereich der Sättigung nicht mehr, da alle weißschen Bezirke in Richtung des äußeren Feldes ausgerichtet sind.

Vermindert man die Stromstärke wieder auf Null, so "läuft" man nicht entlang der Neukurve wieder zum Diagramm-Nullpunkt. Vielmehr bleibt auch bei fehlendem äußeren Magnetfeld der Spulen eine Magnetisierung des Eisenkerns bestehen. Die zugehörige Stärke des Magnetfeldes wird als Remanenz bezeichnet.