Elektrisches und magnetisches Feld Flashcards
Durch was wird das magnetische Verhalten der Stoffe hervorgerufen?
Durch der Bewegung der Elektronen der Atome
Ferromagnetisch
- lassen sich gut magnetisieren
- behalten den Magnetismus
- relative Permeabilität >1 bis 300’000
Beispiele: Eisen, Nickel, Kobalt
Paramagnetisch
- lassen sich nur schwach oder nicht magnetisieren
- verlieren den Magnetismus
- relative Permeabilität ≥1 (Luft 1.00…)
Beispiele: Alu, Platin, Zinn, Wolfram, Luft
Diamagnetisch
- lassen sich nicht magnetisieren
- schwächen teils ein äusseres Magnetfeld
- relative Permeabilität <1
Beispiele: Kupfer, Silber, Zink, Wasser
Elementarmagnete
- bestimmte Bereiche mit magnetischem Verhalten (weissche Bezirke)
- magnetische Sättigung wird durch komplette Magnetisierung erreicht
Hartmagnetische Stoffe (Dauermagnete)
- behalten ihre magnetische Wirkung
Beispiel: Dynamos, Kompass, Haftmagnet, Messinstrumente usw.
Weichmagnetische Stoffe (Elektrobleche)
- verlieren ihre magnetische Wirkung
- zurückbleibende Wirkung wird als Remanenz bezeichnet
Beispiel: Motoren, Generatoren, Trafos, Relais usw.
Entmagnetisierung
- ab einer bestimmten Temperatur (Curie-Temperatur)
- bei starken Erschütterungen
- den Stoff in eine mit Wechselstrom durchflossene Spule legen
Magnetfeld von Magneten
- 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
Magnetische Abschirmung
- ferromagnetische Stoffe ziehen Feldlinien an und leiten sie weiter, der Raum innerhalb ist feldfrei –> Abschirmung bei Messgeräten, Trafostationen, EMP-Schutz usw.
Was erzeugt jeder stromdurchflossene Leiter?
Ein Magnetfeld (mehr Strom = stärkeres Magnetfeld)
Die Feldlinienrichtung ist abhängig von?
Der Stromrichtung im Leiter
Stromdurchflossene parallele Leiter
- 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 verlaufen sie vom Süd- zum Nordpol
Rechtehand-Regel
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 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)
Permeabilität µ
- 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 wievielmal besser ein ferromagnetischer Stoff die Feldlinien leitet als Vakuum (Luft)
Magnetisierungskennlinie
Auf diese 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)
Magnetischer Widerstand Rm
- Feldlinien nur durch Eisen –> nur magn. Widerstand des Fe-Kerns (RmFe)
- Feldlinien bei Luftspalt durch Widerstand der Luft (RmLuft)
- Kleiner Luftspalt –> kleiner magn. Widerstand –> kleiner Strom I nötig
Magnetischer Widerstand Rm abhängig von:
- Material
- Eisenquerschnitt
- mittlere Feldlinienlänge
Spule an Wechselstrom
Es entsteht die Ummagnetisierungskennlinie (Hysteresesschleife) –> siehe S. 19 Kap. 1.5
Remanenz Br
Die zurückgebliebene Magnetisierung (Flussdichte B) eines Werkstoffes.
Remanenz Br verschwinden lassen?
- Umpolen des Stromes –> Koerzitivfeldstärke
Ummagnetisierungsverluste (Hysteresesverluste)
- Elementarmagnete 100x/s (50Hz) umgepolt –> Drehbewegung verursacht Reibungswärme
- Hartmagnete –> hohe Verlustenergie
- Weichmagnete –> geringe Verlustenergie
Stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld (Motor-Prinzip / Linke Handregel)
- Kraft F wirkt auf den Leiter in Richtung der Feldschwächung –> Leiter wird aus Magnetfeld gedrückt
Kraftwirkung F (Lorenz-Kraft) abhängig von:
- Flussdichte B
- Strom I im Leiter
- Länge l
- Anzahl Leiter im Magnetfeld
Lichtbogen löscht schneller bei:
- längerem Weg des Lichtbogens
Stromdurchflossene Spule im Magnetfeld
Durch ein Spulenfeld im Polfeld entsteht ein resultierendes Feld –> die Spule dreht sich im Magnetfeld bis ihre Feldlinien die gleiche Richtung haben wie die Feldlinien des Polfeldes.
Dauernde Drehbewegung bei Gleichstrommotor
- Strom über Stromwender (Kollektor, Kommutator) durch Kohlebürsten an Spule
- Stromwender ändert die Stromrichtung in der Spule –> Stromrichtung immer gleich
Stromloser Leiter im Magnetfeld bewegt Generator-Prinzip / Rechte Handregel)
- Die Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt
- An einem Leiterende Elektronenüberschuss, am anderen Elektronenmangel –> Potentialdifferenz zwischen Leiterenden
Wann wird in einem Leiter eine Spannung induziert?
- Gleichstromgenerator:
Wenn er ein magnetisches Feld durchquert - Wechselstrom-Generator:
Wenn er von einem Magnetfeld geschnitten wird
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.
Induzierte Spannung Ui abhängig von:
- Grösse der Flussdichte (B)
- Geschwindigkeit der Bewegung der Leiter (v)
- Anzahl wirksame Leiter im Magnetfeld (l, Länge)
Ui = Blv*N
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 Stoff (Dielektrikum)
9 Arten von Kondensatoren
nicht selbstheilend: - Papierkondensator - Kunststoffkondensator selbstheilend: - Metallpapierkondensator - Metallkunststoffkondensator gepolte Kondensatoren: - Aluminiumelektrolytkondensator (Elko) - Tantalelektrolytkondensator geringe Verluste: - Keramikkondensator variable Kapazität: - Drehkondensator - Trimmerkondensator
Beim Laden des Kondensators ist der Strom am Anfang am grössten. Weshalb?
Der ungeladen Kondensator ist praktisch kurzgeschlossen.
Was ist τ (Tau)?
τ ist die Zeitkonstante eines R-C-Gliedes. Der Kondensator ist nach 5τ praktisch geladen (5*63%).
Eigenschaften bei Serieschaltung von Kondensatoren
- alle Kondensatoren haben die gleiche Ladung Q
- Kapazität und Spannung verhalten sich umgekehrt proportional
- Plattenabstand wird vergrössert –> Gesamtkapazität C wird kleiner als die kleinste Einzelkapazität
Eigenschaften bei Parallelschaltung von Kondensatoren
- die Ladung Q verteilt sich proportional zu den Kapazitäten
- Plattenfläche wird vergrössert –> Kapazität C wird erhöht
