Elektrische- und Magnetisches Feld Flashcards
Durch was wird das magnetische Verhalten der Stoffe hervorgerufen
Durch die Bewegung der Elektronen der Atome
In welche 3 gruppen werden Werkstoffe aufgeteilt?
Ferromagnetische Stoffe
Paramagnetische Stoffe
Diamagnetische Stoffe
Was sind Ferromagnetische Stoffe
lassen sich sehr gut magnetisieren und behalten diese auch. Permeabilität(Leitfähigkeit) >1 bis 300’000—> Eisen Nickel Kobalt
Was sind Paramagnetische Stoffe
lassen sich nur schwer oder nicht magnetisieren und verlieren diese auch wieder. Permeabilität ≤ 1 —> Luft, Alu, Platin, Zinn
Was sind Diamagnetische Stoffe
lassen sich nicht magnetisieren und schwächen teils andere Magnetfelder. —> Kupfer, Silber, Zink, Wasser
Was sind Elementarmagnete
Bestimmte Bereiche mit magnetischem Verhalten (Weissche Bezirke), Elementarmagnete werden ausgerichtet. Je mehr ausgerichtet desto stärkere Magnetisierung. Magnetische Sättigung ist erreicht wenn alle Elementarmagnete ausgerichtet sind.
Hartmagnetische Stoffe
Dauermagnete/Permanentmagnete. Behalten magnetische Wirkung. —>Dynamos, Messinstrumente, Haftmagnete Kompass
Weichmagnetische Stoffe
Verlieren ihre magnetische Wirkung. Zurückbleibende Wirkung wird als Remanenz bezeichnet. —>Motoren, Generatoren, Trafos, Relais
Wie kann ein Magnet entmagnetisiert werden?
- ab einer bestimmten Temperatur (Curie-Temperatur)
- bei starken Erschütterungen
- den Stoff in eine mit Wechselstrom durchflossene Spule legen
Wie sieht ein Magnetfeld von Magneten aus?
- je ein Süd- und Nordpol
- Feldlinien treten beim Nordpol aus und beim Südpol wieder ein
- innerhalb verlaufen sie vom Süd zum Nordpol
- Streufeldlinien (magn. Streuung) sind nicht wirksam
Wie erreicht man eine magnetische Abschirmung
ferromagnetische Stoffe ziehen Feldlinien an und leiten sie weiter, der Raum innerhalb ist praktisch feldfrei, da Eisen besser leitet als Luft. —> Abschirmung bei Messgeräten, Trafostationen, EMP-Schutz, Kabelschirme
Was verursacht jeder Stromdurchflossene Leiter?
ein Magnetfeld - je grösser der Strom desto grösser das Magnetfeld.
Die Feldlinienrichtung ist abhängig von?
Der Stromrichtung im Leiter
Was passiert bei Stromdurchflossenen parallelen Leitern?
- Anziehung bei gleicher Stromrichtung
- Abstossung bei ungleicher Stromrichtung
Stromdurchflossene Spule (mehrere Leiterschlaufen nebeneinander)
- die Feldlinien treten beim Nordpol aus und beim Südpol wieder ein
- innerhalb der Windungen in gleicher Richtung und verlaufen vom Süd- zum Nordpol
Rechtehand-Regel (Spulen)
Umfasst man eine Spule so, dass die Finger in Stromrichtung zeigen, so gibt der abgespreizte Daumen die Richtung der Feldlinien bzw. den Nordpol an
Durchflutung Θ (magnetische Spannung)
Die Durchflutung ist die Ursache des Magnetfeldes und damit der magnetischen Wirkung einer Spule
Magnetischer Fluss Φ (magnetischer Strom)
Gesamtheit aller Feldlinien einer stromdurchflossenen Spule
Magnetische Flussdichte / Induktion B (magnetische Stromdichte)
Die Dichte der Feldlinien bezogen auf eine bestimmte Fläche (Vs/mm2 oder T)
Magnetische Feldstärke H
Das Verhältnis der Durchflutung zur Länge des magnetischen Kreises (mittlere Feldlinienlänge)
Mittlere Feldlinienlänge bei Spulen ohne Eisenkern
Spulenlänge als mittlere Feldlinienlänge (das Feld ausserhalb der Spule wird vernachlässigt)
Mittlere Feldlinienlänge bei Spulen mit Eisenkern
Die Länge des magnetischen Kreises im Eisenkern (der Radius wird als rechteckig angesehen)
Was sagt die Permeabilität µ aus?
- spezifische magnetische Leitfähigkeit
- verstärkende Wirkung des Magnetfeldes einer Spule mit Eisenkern (µ0*µr)
Magnetische Feldkonstante µ0
Leitfähigkeit des luftleeren Raumes (4π * 10 hoch -7)
Relative magnetische Permeabilität µr
Eine reine Zahl die angibt, um wie vielmal besser ein ferromagnetischer Stoff die Feldlinien leitet als Vakuum (Luft)
Magnetisierungskennlinie
Auf dieser kann herausgelesen werden, welche Feldstärke H bzw. Strom I erforderlich ist, um eine bestimmte Flussdichte B zu erreichen.
3 Werkstoffe und ihre magnetischen Eigenschaften
- Gusseisen ist ein relativ schlechtes magnetisches Material
- Stahl und Dynamoblech (Elektroblech II, warmgewalzt) sind relativ gute Materialien
- Kaltgewalzte Bleche (Elektroblech I) sind die besten Materialien –> magnetische Vorzugsrichtung (für Motoren, Trafos, Generatoren)
Von was sind die magnetischen Eigenschaften eines Werkstoffes abhängig?
Temperatur, Frequenz, Induktion, Feldstärke (bzw. Strom)
Magnetischer Widerstand Rm
Im mag. Kreis ist die Durchflutung ist die Ursache des magn. Flusses. Diese ist abhängig ob die Feldlinien nur durch einen Eisenkern verlaufen oder auch einen Luftspalt überwinden müssen. Der magn. Widerstand wirkt im Prinzip der Durchflutung entgegen. (z.B bei Eisen wenig, bei Luft stärker)
Was geschieht wenn man statt einen Gleichstrom einen Wechselstrom an eine Spule anschliesst?
Ein regelmässiger Wechsel der Stromrichtung, Feldstärke und damit eine Umkehr der Elementarmagnete im Kern.
Wie bezeichnet man das Verhalten der Induktion B bei einer Wechselstrom gespiesenen Spule?
Hystereseschleife
Was ist die Hystereseschleife/Ummagnetisierungskennlinie
siehe Blatt 19
Welche Energie ist notwendig um die Remanenz abzubauen
Koerzitivfeldstärke / Koerzitivkraft
Was ist die Remanenz?
Der zurückgebliebene Magnetisierung eines Werkstoffes
Ummagnetisierungsverluste/Hystereseverluste
- ständiges umpolen der Elementarmagnete (im Takt der Frequenz) hat eine Drehbewegung und Reibungswärme zur Folge.
- aufzubringende Energie um Koerzitivfeldstärke zu überwinden.
- je kleiner Hysteresekennlinie desto weniger Energie notwendig für die Ummagnetisierung
Magnet mit grosser Hysteresekennlinie?
Hartmagnet / Dauermagnet. Soll seine Remanenz lange behalten –> grosse Koerzitivfeldstärke anzustreben
Magnet mit kleiner Hysteresekennlinie?
Weichmagnet. Schmale Kennlinie dadurch auch geringere Energie notwendig für Ummagnetisieren.
Was passiert wenn man einen Stromdurchflossenen Leiter in ein Magnetfeld legt?
- jeder Stromdurchflossenen Leiter hat ein erzeugt ein Magnetfeld.
- Das Feld wird auf einer Seite verstärkt und auf der anderen geschwächt.
- Der Leiter wird in die entsprechende Richtung abgelenkt.
Wovon ist die Richtung der Ablenkkraft abhängig?
Vom Polfeld und der Stromrichtung im Leiter.
Linke Handregel (Magnetfeld)
Hält man die linke Hand so, dass die Feldlinien vom Nordpol auf die Innenfläche der Hand treffen und die Finder in Stromrichtung zeigen, dann zeigt der Daumen in Richtung der Ablenkung des Leiters.
Stromdurchflossene Spule in einem Magnetfeld
Das erzeugte Spulenfeld wirkt zusammen mit dem Polfeld. Die Leiter der Spule werden in die entsprechende Richtung abgelenkt und die Spule dreht sich. Die Spule dreht so lange bis ihre Feldlinien die gleiche Richtung erreicht wie das Polfeld.
Gleichstrommotor
- Strom über Stromwender (Kollektor, Kommutator) durch Kohlebürsten an Spule - Stromwender ändert die Stromrichtung in der Spule –> Stromrichtung immer gleich unter Polfeld (Seite 23)
Wie verhalten sich stromdurchflossene Leiter?
erzeugen ein Magnetfeld.
gleicher Stromrichtung zieht sich an.
ungleicher Stromrichtung stösst sich ab.
Induktion der Bewegung (Generator Prinzip)
wird ein stromloser Leiter im Magnetfeld bewegt wird durch das schneider der Feldlinien eine Spannung induziert.
Lorentzkraft
Die Kraft welche auf den Leiter in einem Magnetfeld wirkt.
Wie kann in einem Leiter eine Spannung induziert werden?
Wenn der Leiter ein Magnetfeld durchquert (DC Geni) oder von einem Magnetfeld geschnitten wird (AC Geni)
Rechte Hand Regel Generator.
Feldlinien auf Hand innenfläche.
Daumen in Richtung der Bewegung.
Finder zeigen die Stromrichtung an.
Lenzsche Regel
Wird ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt, so wird in diesem eine Spannung induziert. Die induzierte Spannung hat einen Strom zufolge, der ein Magnetfeld aufbaut, das der Ursache der Induktion entgegengerichtet ist.
Abhängigkeit induzierte Spannung
- grösse der Flussdichte des Polfeldes
- je rascher die Bewegung der Leiter
- je mehr wirksame Leiterlänge im Magnetfeld
Wann wird beim Trafo in einer Spule eine Spannung induziert?
Bei einer magnetischen Flussänderung
Weshalb fliesst der Strom bei Spulen nie sofort?
Weil die Selbstinduktionsspannung der angelegten Spannung entgegenwirkt –> Strom nacheilend
Definition der Induktivität L
Eine Spule hat die Induktivität 1 Henry, wenn durch eine gleichmässige Stromänderung von 1 Ampere in der Zeit von 1 Sekunde eine Selbstinduktionsspannung von 1 Volt in der Spule induziert wird.
Zeitkonstante τ (bei Spule)
Nach 1τ ist I auf 63% angestiegen und Ui auf 37% abgeklungen. Nach 5τ fliesst der volle Strom.
4 Möglichkeiten zum Abbau von Spannungsspitzen bei Spulen
- Parallelschalten eines Widerstandes
- Parallelschalten eines RC-Gliedes
- Parallelschalten eines VDR
- Parallelschalten einer Freilaufdiode
Elementarladung e (Einheit)
1.602 * 10 hoch -19 C oder As
Elektrisches Feld (Definition)
Raum zwischen den elektrisch geladenen Körper
Wie entsteht die elektrische Durchschlagsspannung?
Bei grosser elektrischer Feldstärke im Kondensator wird der Isolator leitend –> Platten werden kurzgeschlossen.
Wann entsteht vielfach ein elektrischer Durchschlag?
Bei Spitzen, Ecken und Kanten infolge Inhomogenität.
Wie verhalten sich Lade- und Entladestrom beim Kondensator?
Sie sind entgegengesetzt gerichtet.
Die grösse der Kapazität beim Kondensator ist abhängig von?
Fläche, Abstand und Dielektrikum
9 Arten von Kondensatoren
nicht selbstheilend: - Papierkondensator - Kunststoffkondensator selbstheilend: - Metallpapierkondensator - Metallkunststoffkondensator gepolte Kondensatoren: - Aluminiumelektrolytkondensator (Elko) - Tantalelektrolytkondensator geringe Verluste: - Keramikkondensator variable Kapazität: - Drehkondensator - Trimmerkondensator
Ladevorgang eines Kondensators
- Spannung: Steigt von anfänglich 0V bis zum Wert der Quellspannung –> pro Tau 63% (danach 63% von den restliche 37%)
- Strom: Ladestrom am Anfang am grössten. Danach kontinuierlich abnehmend bis prachtisch 0A.
- Spannungsabfall am Widerstand gleich wie Ladestrom. (Ohmsches Gesetz)
Zeitkonstante Tau
nach einem Tau ca. 63% von U0. 37% verbleiben. nach 2 Tau wird von den 37% widerum 63% geladen usw.
Nach 5 Tau ist der Kondensator praktisch geladen.
Entladen eines Kondensators
Beim Laden wirkt der Kondensator als Verbraucher, beim Entladen als Quelle. U Entladung ist gleich U Widerstand beim Ladevorgang. Der Strom wird negative. (fliesst vom Kondensator zurück zur Quelle)
Serieschaltung von Kondensatoren
- Serieschaltung von Kondenser = Prarallelschalten von Widerständen.
- Ladung Q in Serieschaltung immer gleich. ->Q=Q1=Q2..
- Serieschaltung = vergrössern des Plattenabstandes
- Gesamtkapazität < als kleinste Einzelkapazität
Parallelschltung von Kondensatoren
- gleich wie Serieschaltung von Widerständen
- Plattenfläche wird vergrössert –> grössere Kapazität
- Ladungen verteilen sich proportional auf
