Untersuchung eines Elektromagneten
Der Elektromagnet besteht aus einem Eisenkern und zwei Spulen.
Beide Spulen müssen die gleiche Feldstärkerichtung haben. Deswegen ist das eine Ende der Spule mit dem anderen Ende (nicht mit dem Anfang!) verbunden.
Kalibrierung des Elektromagneten
Man möchte den Zusammenhang zwischen Spulenstrom und Feldstärke kennen, um direkt vom Spulenstrom auf die Feldstärke schließen zu können. Dazu hängt man einen stromdurchflossenen Probeleiter in das Magnetfeld und bestimmt die Lorentzkraft auf diesen Leiter.[1]
Die magnetische Feldstärke des Elektromagneten hängt auch von der Breite des Luftspaltes ab. Je kleiner der Spalt, desto stärker das Feld. Deswegen ist es wichtig die Spaltbreite, etwa durch kleine Bretter, konstant zu halten. Man kann sich das in etwa so vorstellen, dass der Eisenkern das Magnetfeld aus seinem Inneren verdrängt und nach Außen zusammenquetscht. Nach dem Ampèreschen Gesetz gilt: [math]H\,l = n I[/math] Dabei ist [math]l[/math] eigentlich die Länge des Weges einmal durch den Eisenkern und durch das Feld. Weil die magnetische Feldstärke aber im Eisenkern sehr klein ist, kann man den Teil des Weges im Kern vernachlässigen und nur den Weg im Luftspalt betrachten. Dann folgt: [math]H=\frac{n\,I}{l}[/math].
Dann läßt man Gleichstrom von 1A, 2A, ... , 10A durch die Spulen fließen und misst jeweils die Kraft auf den 4cm langen Probeleiter. Die Feldstärke und die Flussdichte berechnet sich dann aus der Lorentzkraft [math]F_L=\mu_0\,H\,I\,l[/math]:
- [math]H=\frac{F_L}{\mu_0\,\,I\,l} \qquad B=\mu_0\,H=\frac{F_L}{\,I\,l}[/math]
Kalibrieren des Elektromagneten mit einem Probestrom.
Einfacher ist das Vermessen des Feldes mit einer Hallsonde.
Der Kalibrierungskurve kann man entnehmen, dass die Feldstärke nur für kleine Stromstärken linear steigt. Außerdem sieht man eine geringe Abweichung zwischen ansteigender und abnehmender Stromstärke. Der Eisenkern zeigt eine typische Hysterese-Eigenschaft, ähnlich wie ein Gummiband oder ein realer Kondensator.
Fußnoten
- ↑ Wenn man einen genauen Zusammenhang zwischen der Spulenstromstärke und der magnetischen Feldstärke haben will, dann muss man vorher den Eisenkern entmagnetisieren. Man läßt dazu einen Wechselstrom von ca. 5A fließen und reduziert diesen kontinuierlich auf 0A.
