Kraft eines Magneten in einer stromdurchflossenen Spule berechnen?

[Nick Mueller]

Hi!

Ich finde leider keine geeigneten Formeln dafür:
Gegeben sei ein Magnet mit bekannter Remanenz (wenn das geeignet ist) und
eine umgebende Spule mit bekannter Induktivität und durchfließenden Strom.
Wie komm ich jetzt auf die Kraft mit der der Magnet bewegt wird?
Dass das ganze fehlerbehaftet ist, ist mir klar. Die Geometrie spielt eine
Rolle und der Magnet in der Spule ändert auch die Induktivität der Spule.
Mir geht es um eine größenmässige Abschätzung, den Rest muss dann Versuch
und Messung lösen.


TIA,
Nick

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
Gegeben sei ein Magnet mit bekannter Remanenz (wenn das geeignet ist) und
eine umgebende Spule mit bekannter Induktivität und durchfließenden Strom.
Wie komm ich jetzt auf die Kraft mit der der Magnet bewegt wird?

Die Kraft ist die Lorentzkraft.

http://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft

F= I * l x B

Aus der Induktivität und den Maßen der Spule und den Materialkonstanten des
Spulenkerns berechnest du die Länge des Leiters l.

http://de.wikipedia.org/wiki/Induktivität#Induktivit.C3.A4t_einer_Zylinderspule

Wenn die Spule eine Luftspule ist, nimm ein mittleres µr zwischen 1 (Luft)
und dem des Magneten, ansonsten halt zwischen dem des Kerns und dem
Magneten. Das Verhältnis der Länge der mittleren Feldlinien durch Luft bzw.
Kern und Magnet zählt.

Mit freundlichem Gruß

Jan

[Nick Mueller]

Post by Jan Kandziora
F= I * l x B

Das hilft jedenfalls!

Post by Jan Kandziora
Aus der Induktivität und den Maßen der Spule und den Materialkonstanten
des Spulenkerns berechnest du die Länge des Leiters l.

Ist in meiner Anwendung andersrum, ich brauch eine bestimmte Kraft, kann
also das l frei wählen. Und muss mich danach um das L kümmern um den Strom
durch die Spule zu bekommen.
Das Ergebnis ist aber leider erschreckend gering.

Nochmal nachgehackt:
Das B (B_r) des gewählten Magneten ist 1,3 T. Es bringt ja wohl nichts,
mehrere Magnete hintereinander anzuordnen? Oder doch? Addiert sich das B
dann einfach (zumindest annähnernd)? Sorry für die naive Frage.

So komme ich mit
I: 5 A
l: 0,5m
auf F = 5 * 0,5 * 1,2 = 3 [N]
Ja, das sollte alles recht klein werden. Der lineare Zusammenhang zw. Kraft
und I und/oder l ist mir klar.


Sorry, bin Metaller kein Elektriker. 8-/

Nick

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
So komme ich mit
I: 5 A
l: 0,5m
auf F = 5 * 0,5 * 1,2 = 3 [N]
Ja, das sollte alles recht klein werden. Der lineare Zusammenhang zw.
Kraft und I und/oder l ist mir klar.

Ich weiß zwar nicht, wie klein dein Spulenradius werden soll, aber 0,5m
Leiterlänge kommen mir reichlich wenig vor. Das sind bei 1cm Durchmesser ja
gerade mal 8 Windungen. Dafür ist die Kraft (die Anordnung gleicht immerhin
das Gewicht von drei Tafeln Schokolade aus) ganz ordentlich.

Wie ist denn die Zeitkonstante der Anordnung? Soll der Magnet im
wesentlichen eine hohe Kraft im Stillstand ausüben (Hubmagnet), oder soll
er in möglichst kurzer Zeit stark beschleunigt werden (Hammerwerk)? Davon
hängt nämlich ab, ob du viele Windungen oder lieber einen hohen Strom haben
willst.

Mit freundlichem Gruß

Jan

[Nick Mueller]

Post by Jan Kandziora
Ich weiß zwar nicht, wie klein dein Spulenradius werden soll, aber 0,5m
Leiterlänge kommen mir reichlich wenig vor.

Ja, das ist wenig. Ich hab einfach mal den Magneten mit dem größten B
rausgesucht, und der hat 6mm Drm und ist nur 2mm lang. Mit 20 Windungen
komme ich so etwa auf die 0,5m. Die 5A müssen ja auch irgendwie durch den
Draht. Da gepulst, kann ich mir einen zu kleinen Querschnitt leisten.
Hub ist in der Gegend von 2mm. Dass die Geometrie der Spule Ärger machen
wird (homogenes Feld usw.) ist schon klar.

Post by Jan Kandziora
Dafür ist die Kraft (die Anordnung gleicht
immerhin das Gewicht von drei Tafeln Schokolade aus) ganz ordentlich.

Eine neue SI-Einheit? ;-)

Post by Jan Kandziora
Soll der Magnet im
wesentlichen eine hohe Kraft im Stillstand ausüben (Hubmagnet), oder soll
er in möglichst kurzer Zeit stark beschleunigt werden (Hammerwerk)?

Beides.
Das ganze soll ein Ventil werden. Duty-cycle ist eher in der Gegend von 1%,
also kann ich mir hohe Ströme erlauben. Es soll aber auch halbwegs schnell
sein (F = m * a; ist hier nicht das Problem). Problem ist eher ein zu
kleines L der Spule, da es sonst schwierig wird, den Spulenstrom per PWM zu
regeln. Ja, ich weiß, ich muss dafür das l größer machen. Vermutlich wird
es darauf hinauslaufen, dass das Ventil ballistisch gesteuert wird (Strom
einfach blind für x µs einschalten). Das soll aber auch nicht dein Problem
sein. Mir geht es lediglich darum die Kraft herzubekommen. Und da hätte ich
gerne lieber 10N als nur 3.

Eigentümlicherweise (da ist wohl mein mechanistisches Bild von Magneten
falsch) helfen größere Magneten nicht:
<http://www.supermagnete.de/magnets.php?group=rings> (der erste, auch wenn
er vergoldet ist; es muss ein Ring sein)
und
<http://www.supermagnete.de/data_table.php> unter N45

Nein, keine Sorge, ich hab nicht vor die Physik neu zu definieren!

Nach etwas Rumrechnerei sehe ich, dass ich mit den 3 TS (Tafeln Schokolade)
auch hinkommen könnte. Dann muss ich mal mit den Gegebenheiten
experimentieren.


Gruß & Dank,
Nick

[Helmut Hullen]

Hallo, Nick,

Post by Nick Mueller
Eigentümlicherweise (da ist wohl mein mechanistisches Bild von

Ich durchschaue das System nicht so recht; anscheinend willst Du 1
Dauermagnet und 1 Elektromagnet koppeln, "irgendwie".

Viele Gruesse!
Helmut

[Nick Mueller]

Post by Helmut Hullen
Ich durchschaue das System nicht so recht; anscheinend willst Du 1
Dauermagnet und 1 Elektromagnet koppeln, "irgendwie".

Ich will einen Dauermagneten in einer Spule haben. Mittels Strom durch die
Spule dann den Magneten (und daran befestigtem Mechanik-Gerümpel) in eine
Richtung bewegen. Ggf. durch Umpolung der Spule in die andere Richtung.


Nick

[Helmut Hullen]

Hallo, Nick,

Post by Nick Mueller

Post by Helmut Hullen
Ich durchschaue das System nicht so recht; anscheinend willst Du 1
Dauermagnet und 1 Elektromagnet koppeln, "irgendwie".

Ich will einen Dauermagneten in einer Spule haben. Mittels Strom
durch die Spule dann den Magneten (und daran befestigtem
Mechanik-Gerümpel) in eine Richtung bewegen. Ggf. durch Umpolung der
Spule in die andere Richtung.

Das würde ich mindestens gedanklich voneinander trennen: der
"magnetische Strom" soll also durch einen Dauermagneten und (ab und zu)
zusätzlich durch einen Elektromagneten erzeugt werden und dann
"irgendwie" durch Spule, Dauermagnet und "sonstwas" (Mechanik-Gerümpel)
fliessen.

Orientierungsfrage vorweg: wozu brauchst Du den Dauermagneten? Der soll
anscheinend irgendeine Vor-Einstellung liefern?

Oder ist der Dauermagnet ein Irrweg, und tatsächlich möchtest Du nur
einen Elektromagneten benutzen?

Viele Gruesse!
Helmut

[Nick Mueller]

Post by Helmut Hullen
Oder ist der Dauermagnet ein Irrweg, und tatsächlich möchtest Du nur
einen Elektromagneten benutzen?

Den Gedanken (Irrweg) hatte ich auch mal. Und -ehrlichgesagt- bin ich mir
nicht absolut sicher ob die Entscheidung pro Magnet richtig ist. Aber:
Ein einfacher Eisenkern in der Spule kann mir den Kern nur zentrisch in die
Spule ziehen. Ist der Kern in einer Endlage (also weiter vom Zentrum weg),
dann wird die Kraft kleiner.
Beim Magneten hab ich den Vektor des B des Magneten und den Vektor des B der
Spule. So denke ich, ist die Kraft nicht so sehr (ist sie natürlich schon)
lageabhängig (Magnet tief in der Spule oder nicht) und ich kann obendrein
auch die Richtung der Kraft umkehren (was mir evtl. einen Vorteil bringt,
weil ich die Feder auslassen kann die den Kern in die Ausgangslage
zurückbringt).

Also ich hab eine Spule die länger als der Magnet ist. Der Magnet wird evtl.
mit einer Feder in die Ruhelage gedrückt und sobald Strom durch die Spule
geht wird er mit einer Kraft durch (in Grenzen, Hub max 5mm) die Spule
hindurchgeschoben.
Bei dem Mechanik-Krempel sind noch Federn und Gegendrücke im Spiel. Ich will
primär nicht die Lage des Magneten/Kernes in der Spule regeln sondern den
Magneten/Kern mit einer kontrollierbaren Kraft in der Spule bewegen.
Mechanisch sind mehr als genug Gegenkräfte (Reibung, Beschleunigung, Feder,
hydraulischer Gegendruck, Drosseln, Elastizitäten) da um mit einem
Strompuls einer bestimmten Dauer einen bestimmten Hub zu bekommen (was das
eigentliche Ziel ist). Das kann ich aber nur durch probieren hinbekommen,
das ganze wird eher ballistisch funktionieren.

Eigentlich soll das ganze eine Pumpe werden die mit kleinen Volumina (<<
1mm^3) arbeitet und große Drücke (Hausnummer 100 bar) ermöglicht. Dazu
gehören dann noch Steuerventile um die Ansaug- und Druckseite abzusperren.
Für die Abdichtung, die das größte Problem darstellt, hab ich vermutlich
eine Lösung gefunden, da will ich also auch keine freundlichen
DasGehtSowiesoNicht-Hinweise hören. ;-)


Nick

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
Beim Magneten hab ich den Vektor des B des Magneten und den Vektor des B
der Spule. So denke ich, ist die Kraft nicht so sehr (ist sie natürlich
schon) lageabhängig (Magnet tief in der Spule oder nicht) und ich kann
obendrein auch die Richtung der Kraft umkehren (was mir evtl. einen
Vorteil bringt, weil ich die Feder auslassen kann die den Kern in die
Ausgangslage zurückbringt).

Bei Speisung der Spule mit Gleichstrom beruht die Kraftwirkung ohne Magnet
darauf, dass mehr Feldlinien über den magnetisch gut leitfähigen Eisenkern
laufen als über die Luft. Dadurch wird das Feld verzerrt, was es
auszugleichen versucht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostatik

Diese Kraft ist bei den meisten Anordnungen viel kleiner als die im selben
Volumen erreichbare Lorentzkraft.


Bei Speisung der Spule mit Wechselstrom hast du ohne Magnet eine lineare
Asychronmaschine gebaut.

http://de.wikipedia.org/wiki/Asynchronmaschine

Das funktioniert, indem im Innenteil Wirbelströme induziert werden, wodurch
dieser dann wieder der Lorentzkraft ausgesetzt ist. Nachteil ist hier, dass
man den Luftspalt sehr klein machen muss, da die ganze Energie, die für das
Magnetisieren des Läufers erforderlich ist, über den Luftspalt übertragen
werden muss.

Kurz: Wenn du einen Permanentmagneten als Läufer verwenden kannst, tu das.
Das ist bei der Baugröße allein eine Kostenfrage.

Post by Nick Mueller
Eigentlich soll das ganze eine Pumpe werden die mit kleinen Volumina (<<
1mm^3) arbeitet und große Drücke (Hausnummer 100 bar) ermöglicht. Dazu
gehören dann noch Steuerventile um die Ansaug- und Druckseite abzusperren.

Willst du Gas pumpen oder eine Flüssigkeit? 100 bar sind ja bei einer
Flüssigkeit nicht viel, dafür muss man nur unmerklich komprimieren, was
deinen Hub schonmal stark begrenzt.

Evtl. ist es auch sinnvoll, langsam zu drücken und bei Erreichen des
Zieldrucks das Auslassventil zu öffnen? Da würde dir bei entsprechender
Gestaltung des Auslasskanals sogar der Druck der Flüssigkeit helfen, das
Auslassventil möglichst schnell aufzureißen...


Bei diesen kleinen Abmessungen und Hüben solltest du auch mal über
piezoelektrische Aktoren nachdenken.


Mit freundlichem Gruß

Jan

[Nick Mueller]

Post by Jan Kandziora
Willst du Gas pumpen oder eine Flüssigkeit?

Flüssigkeit. Gas bei den Drücken und Volumina möchte ich lieber nicht mal
versuchen. Da müsste man um Tausendstel von mm^3 Totraum kämpfen, einstufig
sowieso nicht machbar.

Post by Jan Kandziora
Bei diesen kleinen Abmessungen und Hüben solltest du auch mal über
piezoelektrische Aktoren nachdenken.

Hab ich, aber uninteressant wegen den hohen Spannungen, den relativ kleinen
Hüben und der Beschaffbarkeit der Piezoelemente. Bei reinen Ventilen wird
das allerdings schon mit Piezo gemacht.


Gruß,
Nick

[Uwe Hercksen]

Post by Jan Kandziora
Willst du Gas pumpen oder eine Flüssigkeit? 100 bar sind ja bei einer
Flüssigkeit nicht viel, dafür muss man nur unmerklich komprimieren, was
deinen Hub schonmal stark begrenzt.

Hallo,

Gas in einer einzigen Stufe auf 100 bar zu komprimieren ist
thermodynamisch wenig sinnvoll. Bewährte Kompressoren für 200 bis 300
bar verwenden dazu 3 bis 4 Stufen, für 100 bar und zwei Stufen ergibt
sich ein wesentlich grösseres Verdichtungsverhältnis, da wird man wohl
auch 3 Stufen brauchen. Man braucht auch Kühler zwischen den Stufen
damit das Gas nicht zu heiß wird.

Bye

[Jan Kandziora]

Post by Uwe Hercksen
Gas in einer einzigen Stufe auf 100 bar zu komprimieren ist
thermodynamisch wenig sinnvoll. Bewährte Kompressoren für 200 bis 300
bar verwenden dazu 3 bis 4 Stufen, für 100 bar und zwei Stufen ergibt
sich ein wesentlich grösseres Verdichtungsverhältnis, da wird man wohl
auch 3 Stufen brauchen. Man braucht auch Kühler zwischen den Stufen
damit das Gas nicht zu heiß wird.

Im Prinzip ja. Bei sehr kleinen Volumen kann man aber den Behälter so
formen, dass man eine relativ große Wand hat, die schon genug Kühlung
bieten könnte.

Ich wußte ja nicht, was *genau* der OP da ausprobieren will, deshalb die
Frage.

Mit freundlichem Gruß

Jan

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
Ja, das ist wenig. Ich hab einfach mal den Magneten mit dem größten B
rausgesucht, und der hat 6mm Drm und ist nur 2mm lang. Mit 20 Windungen
komme ich so etwa auf die 0,5m. Die 5A müssen ja auch irgendwie durch den
Draht. Da gepulst, kann ich mir einen zu kleinen Querschnitt leisten.
Hub ist in der Gegend von 2mm. Dass die Geometrie der Spule Ärger machen
wird (homogenes Feld usw.) ist schon klar.

Das Grundproblem bei der Bewegung des Magneten in einer Zylinderspule ist,
dass du den Luftspalt brauchst, damit du den Magneten überhaupt bewegen
kannst. Ist der Luftspalt zu groß, nehmen die meisten Feldlinien des
Magneten "die Abkürzung" über die Luft -- diese Feldlinien haben dann an
der äußeren Kraftwirkung keinen Anteil.

Der Luftspalt muss also so klein wie möglich sein, damit sich ein
nennenswerter magnetischer Fluss über den äußeren Weicheisenkreis aufbauen
kann.

Müsste ich sowas konstruieren, würde ich es folgendermaßen tun:
|
|<----Schnitt im äußeren Weicheisen.
|
+---------Weicheisen----------+
| #######Spulenkörper######## |
+---- ----+
///////////////MMM/////////////////
+---- ----+
| #######Spulenkörper######## |
+---------Weicheisen----------+
|
|
|

MMMMM Magnet
///// Weicheisen

Luftspalte gibt es dann nur noch in der Überlappung zwischen dem äußeren und
dem inneren Weicheisen. Das ist unabhängig von der Geometrie des Magneten.
Man kann die Spule so lang machen wie erforderlich und von der Zielgröße
möglich. Die Schnittfläche in der Mitte wieder fest zusammenpressen, um
keinen weiteren Luftspalt entstehen zu lassen.


Mit freundlichem Gruß

Jan

[Nick Mueller]

Post by Jan Kandziora
Der Luftspalt muss also so klein wie möglich sein, damit sich ein
nennenswerter magnetischer Fluss über den äußeren Weicheisenkreis aufbauen
kann.

[snipp Zeichnung]

OK. Der innere Weicheisenkern als Verlängerung des Magneten um eine gute
Überdeckung der beiden Felder zu bekommen. Ich kann also auch einen
längeren Magneten / mehrere gestapelte verwenden (in der Hoffnung dadurch
zumindest etwas mehr B zu bekommen -> ausprobieren).
Der äussere Weicheisenkern (wie ein Topfkern) um das Feld der Spule zu
konzentrieren.

Gruß,
Nick

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
OK. Der innere Weicheisenkern als Verlängerung des Magneten um eine gute
Überdeckung der beiden Felder zu bekommen. Ich kann also auch einen
längeren Magneten / mehrere gestapelte verwenden (in der Hoffnung dadurch
zumindest etwas mehr B zu bekommen -> ausprobieren).

Wenn du wirklich mehr Feld haben willst, nimm statt eines Permanentmagneten
auch innen einen Elektromagneten mit vielen Spulenwindungen. Das lohnt sich
eher, als nur den Strom außen zu erhöhen, da die beiden Felder ja
*multipliziert* werden.

Mit freundlichem Gruß

Jan

[Nick Mueller]

Post by Jan Kandziora
Wenn du wirklich mehr Feld haben willst, nimm statt eines
Permanentmagneten auch innen einen Elektromagneten mit vielen
Spulenwindungen.

Da wird die Zuleitung nicht lange halten. Wenn ich die Zuführung über Kohlen
machen würde, wären die zu erwartenden Funken im geplanten Umfeld
suboptimal. :-)


Gruß,
Nick

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
Da wird die Zuleitung nicht lange halten. Wenn ich die Zuführung über
Kohlen machen würde, wären die zu erwartenden Funken im geplanten Umfeld
suboptimal. :-)

Bei Hubmagneten führt man die Zuleitung zum Läufer als Schlaufe aus und hat
dieses Problem nicht.

Mit freundlichem Gruß

Jan

[Uwe Hercksen]

Post by Nick Mueller
Ist in meiner Anwendung andersrum, ich brauch eine bestimmte Kraft, kann
also das l frei wählen. Und muss mich danach um das L kümmern um den Strom
durch die Spule zu bekommen.
Das Ergebnis ist aber leider erschreckend gering.

Hallo,

wenn die Feldlinien zum grossen Teil durch Luft verlaufen ist das auch
kein Wunder. Wenn das einigermassen kräftig werden soll kann man sich
nur einen sehr kleinen Luftspalt erlauben.

Bye

[Nick Mueller]

Post by Uwe Hercksen
Wenn das einigermassen kräftig werden soll kann man sich
nur einen sehr kleinen Luftspalt erlauben.

Das ist prinzipiell klar, nur taucht der Luftspalt in der Formel nirgends
auf.


Nick

[Helmut Hullen]

Hallo, Nick,

Post by Nick Mueller

Post by Uwe Hercksen
Wenn das einigermassen kräftig werden soll kann man sich
nur einen sehr kleinen Luftspalt erlauben.

Das ist prinzipiell klar, nur taucht der Luftspalt in der Formel
nirgends auf.

Indirekt schon. "B" ist "magnetischer Fluss geteilt durch Fläche", also
(mit aller Vorsicht) vergleichbar mit dem elektrischen Strom. Und beide
brauchen einen geschlossenen "Stromkreis" (was wiederum ein weisser
Schimmel ist).

Der Kreis besteht aus 1 Teil Magnet (Eisen) und 1 Teil Luft, beide in
Reihe geschaltet. Der Widerstand der beiden Teile wird bei Eisen vor
allem durch "µ" beschrieben, bei Luft (mit µr=1) vor allem durch die
Länge der Luftstrecke.

Um einen bestimmten "magnetischen Strom" durch dieses Gebilde zu
treiben, brauchst Du bei Elektromagnetismus so etwas wie "magnetische
Spannung", und die wird bei Ringspulen mit N Einzellagen des Umfangs l
beschrieben durch N*I = H*l, wobei H wiederum B erzeugt.

Bis dahin mitgekommen? Elektriker brauchen dafür viele Stunden und viele
Übungsaufgaben.

Viele Gruesse!
Helmut

[Roland Damm]

Moin,

Post by Helmut Hullen
Um einen bestimmten "magnetischen Strom" durch dieses Gebilde
zu treiben, brauchst Du bei Elektromagnetismus so etwas wie
"magnetische Spannung", und die wird bei Ringspulen mit N
Einzellagen des Umfangs l beschrieben durch N*I = H*l,

Du beschreibst das so elegant, wie alle:-) Also ist H*l die
magnetische Spannung?

Post by Helmut Hullen
wobei H
wiederum B erzeugt.

Jau, Watt erzeugen auch Volt... macht doch watt ihr volt

Post by Helmut Hullen
Bis dahin mitgekommen? Elektriker brauchen dafür viele Stunden
und viele Übungsaufgaben.

Was ich bei solchen Erklärungen auch sehr gut nachvollziehen
kann. Aber schließlich will ja jeder Physiker mal eine Einheit
nach ihm benannt haben und jede Größe muss einen Namen haben
(und ihr Kehrwert am besten auch noch) bis keiner mehr
durchsteigt.

CU Rollo

[Helmut Hullen]

Hallo, Roland,

Post by Roland Damm

Post by Helmut Hullen
Um einen bestimmten "magnetischen Strom" durch dieses Gebilde
zu treiben, brauchst Du bei Elektromagnetismus so etwas wie
"magnetische Spannung", und die wird bei Ringspulen mit N
Einzellagen des Umfangs l beschrieben durch N*I = H*l,

Du beschreibst das so elegant, wie alle:-) Also ist H*l die
magnetische Spannung?

In aller Unschärfe: ja.

Post by Roland Damm

Post by Helmut Hullen
Bis dahin mitgekommen? Elektriker brauchen dafür viele Stunden
und viele Übungsaufgaben.

Was ich bei solchen Erklärungen auch sehr gut nachvollziehen
kann.

Ich habe das lange genug unterrichtet, ich erahne so ungefähr, an
welchen Stellen auch Elektriker ihre Probleme haben.

- B ist eine Dichte, und in der Einheit steht V
- H und b sind bei Eisen nichtlinear verknüpft
- Feldlinien sind so wenig real wie die Höhenlinien oder die Isobaren
auf der Landkarte, insbesondere können sie nicht geschnitten werden (wie
sieht eine geschnittene Höhenlinie oder Feldlinie aus?)


Viele Gruesse!
Helmut

[Roland Damm]

Moin,

Post by Helmut Hullen

Post by Roland Damm
Du beschreibst das so elegant, wie alle:-) Also ist H*l die
magnetische Spannung?

In aller Unschärfe: ja.

Also genauso wie N*I - was einzusehen ist, den so viel Strom
fließt sooft um den Eisenkern der Spule herum.

Post by Helmut Hullen
Ich habe das lange genug unterrichtet, ich erahne so ungefähr,
an welchen Stellen auch Elektriker ihre Probleme haben.
- B ist eine Dichte, und in der Einheit steht V

Sehe ich als geringeres Problem an. Schlimm ist eher, dass H
nicht in der Einheit H gemessen wird, sondern H was ganz anderes
misst wie H benennt.

Post by Helmut Hullen
- H und b sind bei Eisen nichtlinear verknüpft

Für mich auch ein eher kleineres Problem. Nichtlineare
Widerstände gibt auch beim Strom.

Post by Helmut Hullen
- Feldlinien sind so wenig real wie die Höhenlinien oder die
Isobaren auf der Landkarte, insbesondere können sie nicht
geschnitten werden (wie sieht eine geschnittene Höhenlinie oder
Feldlinie aus?)

Ist beim Strom auch kein Problem. Sowohl Stromlinien (bekannt aus
Aerodynamik) wie auch Magnetfeldlinien sind IMO gut vorstellbar.

Das Problem ist die Namensgebung.

Bei Strom rechnet man mit U, R und I. Wenn I durch eine Fläche
fließt, kann ich die Stromstärke - wenn ich will - auch durch
diese Fläche teilen, muss ich aber nicht.

Sollte jemand die Zusammenhänge des Ohmschen Gesetzes verstanden
haben (gerade so), dann kann man ihn garantiert damit verwirren,
indem man im erzählt, dass die Stromdichte eine ganz
fürchterlich wichtige Größe ist, dass selbstverständlich der
Kehrwert von R auch ganz wichtig ist, vielleicht noch ein paar
andere Größen, und diese haben dann alle noch Namen von
irgendwelchen Toten.

Wenn du aus den drei Größen U, R und I die 6 möglichen Quotienten
bildest, und allen Namen gibst, dann bin ich mir sicher, dass
jeder noch so gebildete Elektrik-Berufsschüler am Ende der
Stunde sicher ist, das Ohmsche Gesetz nicht verstanden zu haben.
Gut, vielleicht etwas hoch gegriffen, aber wenn du Leiterlänge
und ~-fläche noch dazunimmst, dann bestimmt (daraus kannst du
nämlich 243 verschiedene kombinierte Quotienten bilden,
allerdings mit einigen unsinnigen dabei (z.B. 1)).

Und das ist IMO bezüglich Magnetfeldern sinngemäß in der Didaktik
üblich.

CU Rollo

[Helmut Hullen]

Hallo, Roland,

Post by Roland Damm
Wenn du aus den drei Größen U, R und I die 6 möglichen Quotienten
bildest, und allen Namen gibst, dann bin ich mir sicher, dass
jeder noch so gebildete Elektrik-Berufsschüler am Ende der
Stunde sicher ist, das Ohmsche Gesetz nicht verstanden zu haben.
Gut, vielleicht etwas hoch gegriffen, aber wenn du Leiterlänge
und ~-fläche noch dazunimmst, dann bestimmt (daraus kannst du
nämlich 243 verschiedene kombinierte Quotienten bilden,
allerdings mit einigen unsinnigen dabei (z.B. 1)).

Ja - da könnte ich einige Beispiele liefern ...

Post by Roland Damm
Und das ist IMO bezüglich Magnetfeldern sinngemäß in der Didaktik
üblich.

Auch richtig (als Feststellung des Ist-Zustandes); leider.

Eine der schlimmen Folgen; da gibt es Formeln für den magnetischen
Widerstand, und der enthält (natürlich) u.a, die spezifische Grösse µ.
Was in Eisenkreisen kompletter Unfug ist, weil µ da nun mal keine
Konstante ist.

Ach ja - als "Magnetisierungskennlinie" wird gern etwas genommen, was
die Qualität von Baustahl beschreibt, aber nicht von heute
handelsüblichen Elektroblechen.

Viele Gruesse!
Helmut

[Rolf_Bombach]

Post by Roland Damm
Das Problem ist die Namensgebung.
...
Sollte jemand die Zusammenhänge des Ohmschen Gesetzes verstanden
haben (gerade so), dann kann man ihn garantiert damit verwirren,
indem man im erzählt, dass die Stromdichte eine ganz
fürchterlich wichtige Größe ist, dass selbstverständlich der
Kehrwert von R auch ganz wichtig ist, vielleicht noch ein paar
andere Größen, und diese haben dann alle noch Namen von
irgendwelchen Toten.
...
Und das ist IMO bezüglich Magnetfeldern sinngemäß in der Didaktik
üblich.

...

Allerdinx. Da der Onkel Siemens seinen Generator zu spät erfunden
hat, hat man mangels Strom zu lange mit Magneten rumgespielt. Daher
gibt es unzählige Grössen, nach Grössen benannt. Maxwell, Gauss,
Weber, Oersted, Ampere (pro irgendwas), Tesla und sicher noch
einige, die mir gerade nicht einfallen ;-]
BTW, Unheimlich:
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetar

[Jan Kandziora]

Post by Nick Mueller
Das ist prinzipiell klar, nur taucht der Luftspalt in der Formel nirgends
auf.

Doch. Über µr und seine Geometrie. Das bestimmt den magnetischen Widerstand.
Je kleiner µr, desto größer der magnetische Widerstand, und desto kleiner
die magnetische Flußdichte B bei einer gegebenen magnetischen Feldstärke H.

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Widerstand

Mit freundlichem Gruß

Jan

[Roland Damm]

Moin,

Post by Jan Kandziora

Post by Nick Mueller
Das ist prinzipiell klar, nur taucht der Luftspalt in der
Formel nirgends auf.

Doch. Über µr und seine Geometrie. Das bestimmt den
magnetischen Widerstand. Je kleiner µr, desto größer der
magnetische Widerstand, und desto kleiner die magnetische
Flußdichte B bei einer gegebenen magnetischen Feldstärke H.
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Widerstand

Wie schön, dass da wieder zielstrebig (genau so, wie ich es im
Physikunterricht auch kennengelernt habe) der entscheidende
Zusammenhang ausgespart wird. Was ist die magnetische Spannung
in Anbetracht vom magnetischen Fluss, der Flussdichte und und
und?

Ach, nach einigem hin-und-herblättern wird klar, dass magnetische
Spannung und magnetischer Fluss das gleiche sind,
faszinierend...

Kann da nicht mal wer aufräumen - ich meine nicht nur bei
Wikipedia, sondern auch sonst in der Namensgebung?

CU Rollo

[Helmut Hullen]

Hallo, Roland,

Post by Roland Damm
Ach, nach einigem hin-und-herblättern wird klar, dass magnetische
Spannung und magnetischer Fluss das gleiche sind,
faszinierend...

Wenn das so auf der Webseite steht, dann ist es falsch.

Sehr stark vereinfacht: in der Einheit der magnetischen Spannung muss A
vorkommen, in der Einheit des magnetischen Flusses V.

Viele Gruesse!
Helmut

[Martin Freiberger]

Post by Nick Mueller
Das B (B_r) des gewählten Magneten ist 1,3 T. Es bringt ja wohl nichts,
mehrere Magnete hintereinander anzuordnen? Oder doch? Addiert sich das B
dann einfach (zumindest annähnernd)? Sorry für die naive Frage.

so wie ich das mal gelesen habe macht das nur Sinn bei max. 2 Magneten,
wobei dann eine Steigerung von ca. 40-60 % erreicht wird.

Aber alles nur aus dem Kopf ohne Gewähr das es so ist.

[Nick Mueller]

Post by Martin Freiberger
so wie ich das mal gelesen habe macht das nur Sinn bei max. 2 Magneten,
wobei dann eine Steigerung von ca. 40-60 % erreicht wird.
Aber alles nur aus dem Kopf ohne Gewähr das es so ist.

Zumindest mal als Hausnummer und Tendenz durchaus brauchbar, Danke.


Nick

[Martin Freiberger]

Post by Nick Mueller

Post by Martin Freiberger
so wie ich das mal gelesen habe macht das nur Sinn bei max. 2 Magneten,
wobei dann eine Steigerung von ca. 40-60 % erreicht wird.
Aber alles nur aus dem Kopf ohne Gewähr das es so ist.

Zumindest mal als Hausnummer und Tendenz durchaus brauchbar, Danke.

Nicht lachen, aber ich habe das aus eBay von einer Ratgeberseite eines
Magnethändlers. Der hatte auch geschrieben das mehr als 3 Magnete in
Reihe überhaupt keinen Sinn mehr machen.

Habe versucht diese Seite wieder zu finden, ist mir aber nicht geglückt.
Auf jedenfall hatte sich der Kerl angehört als wüsste er wovon er redet,
was aber auch kein Qualitätskriterium sein muss.

Und mittels Google habe ich auch nicht mehr Infos gefunden. Die richtige
Antwort auf diese Frage würde mich nämlich auch interesieren. Klar ist
auf jedenfall das das nicht einfach addiert werden kann und auch nicht
beliebig weitergehen kann. Denn was soll in einem "ausgereitzten"
Magnetwerkstoff den durch einen äußeren Magneten noch zusätzlich
magnetisiert werden können?

[Nick Mueller]

Post by Martin Freiberger
Nicht lachen, aber ich habe das aus eBay von einer Ratgeberseite eines
Magnethändlers. Der hatte auch geschrieben das mehr als 3 Magnete in
Reihe überhaupt keinen Sinn mehr machen.

Ja, irgendwie passt das auch recht gut damit zusammen, dass längere Magnete
mit gleichem Querschnitt usw. keine deutlich größere Haftkraft haben.

Post by Martin Freiberger
Und mittels Google habe ich auch nicht mehr Infos gefunden. Die richtige
Antwort auf diese Frage würde mich nämlich auch interesieren.

Unter Vorbehalt und mit Betonung meines *Un*wissens (lachen erlaubt):
Das Feld ist homogener/besser ausgerichtet.


Gruß,
Nick

[Helmut Hullen]

Hallo, Martin,

Klar ist auf jedenfall das das nicht einfach addiert
werden kann und auch nicht beliebig weitergehen kann. Denn was soll
in einem "ausgereitzten" Magnetwerkstoff den durch einen äußeren
Magneten noch zusätzlich magnetisiert werden können?

Aber die Kraft kann grösser werden; Flussdichte B ist nun mal auf die
Fläche bezogen. Wobei ich vom Gefühl her die Magneten eher nebeneinander
als hintereinander aufbauen würde.

Viele Gruesse!
Helmut

[Nick Mueller]

Post by Helmut Hullen
Flussdichte B ist nun mal auf die
Fläche bezogen. Wobei ich vom Gefühl her die Magneten eher nebeneinander
als hintereinander aufbauen würde.

Naja, aber B ist nun mal pro m^2, da ändern Magnete nebeneinander eigentlich
nichts. Ausser dass bei der Spule der Radius größer wird und bei gleichem N
das l zwangsweise steigt. ;-)

F = I * l x B


Gruß,
Nick