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In dem Physik und der elektrische Theorie ist ein Magnetfeld ein Feld, das den Raum durchdringt und das a magnetisch Leistung auf bewegte elektrische Ladungen und magnetische Dipole Übungen. Magnetisch umgebene Felder elektrische Ströme, magnetische Dipole und Wechsel elektrische Felder.
Betrag und Richtung werden in a . ausgedrückt Vektor, das magnetische Feldstärke. ein Verwandter ehrgeizig ist der Magnetflußdichte (auch magnetische Induktion genannt).
Geschichte
Der Mensch war fast seit Beginn der aufgezeichneten Geschichte mit magnetischen Effekten vertraut, aber diese Effekte hatten alle mit den Eigenschaften von zu tun Permanentmagnete. Das Studium der elektromagnetisch Wirkung beginnt mit einer bestimmten Entdeckung durch Hans Christian rsted im Winter 1819-1820. Er fand heraus, dass ein Strom durch einen Draht, der in einiger Entfernung um eine Kompassnadel gewickelt ist, keine Wirkung hatte, wenn die Windungen senkrecht zur Nadel waren, aber die Nadel auslenkte, wenn die Windungen parallel dazu waren. Ermutigt durch die Nachricht von dieser Entdeckung François Arago am 11. September 1820, gemeldet an die Französische Akademie der Wissenschaften. Kaum eine Woche später beschrieben André-Marie Ampère die gegenseitige Kraft zwischen zwei parallelen Stromkabeln. Beschrieben am 30. Oktober Jean-Baptiste Biot und Felix Savart die Wirkung des Ørsted-Tests quantitativ (Gesetz von Biot-Savart).[1]
Elektrische und magnetische Felder
Das klassische Mechanik versteht unter a Feld: das Vorhandensein von a Leistung an verschiedenen Orten im Raum, wo die Stärke und Richtung der Kraft je nach Ort variieren kann. Beispiele sind es Schwerkraftfeld um einen Himmelskörper und die elektrostatisches Feld um a elektrische Ladung. In beiden Fällen ist die Größe der Kraft auch proportional zu den intrinsischen Eigenschaften des Objekts, auf das die Kraft ausgeübt wird: die Masse durch die Schwerkraft und die Ladung durch die elektrostatische Kraft.
Das mathematische Modell für ein solches Kraftfeld ist a Vektorfeld: ein Bild von (einem Teil) des Zustandsraums zu a Vektorraum. Die Größe und Richtung des Kraftfeldes an einem Punkt im Raum entspricht der Länge und Richtung des Vektors, auf den dieser Punkt abgebildet wird. EIN Feldlinie ist ein (induzierbar) Kurve im Zustandsraum, deren Tangente an einem beliebigen Punkt parallel zum Wert des Vektorfeldes an diesem Punkt ist.
Ein elektrostatisches Feld wird erzeugt durch unbewegt Ladungen und erzeugt eine elektrische Kraft auf andere Ladungen. Ein magnetisches Feld wird durch die ziehen um elektrische Ladungen und heißt daher auch elektrodynamisch Feld erwähnt. In einem Magnet zum Beispiel wird das Feld durch die Bewegungen der Elektronen im Material verursacht. Ein elektrischer Strom erzeugt also ein magnetisches Feld, wie Ørsted und Ampère gezeigt haben.
Ein wichtiger Unterschied zwischen dem Magnetfeld eines Stroms und dem elektrischen Feld einer Ladung besteht darin, dass das Magnetfeld Divergenz frei ist. Intuitiv bedeutet dies, dass es keine "Quellen" für das Magnetfeld gibt, sondern dass die Pfeile des Vektorfeldes sauber zu Feldlinien aufreihen, die geschlossene Kurven Formen. Im elektrischen Feld bilden die elektrischen Ladungen "Quellen" und "Drain-Senken" der Feldlinien: Das elektrische Feld ist nur in Teilen des Raumes divergenzfrei, in denen keine elektrischen Nettoladungen vorhanden sind.
Der Begriff Elektromagnetismus weist darauf hin, dass elektrische und magnetische Phänomene miteinander verschränkt sind. Beispielsweise erzeugt ein variables Magnetfeld ein elektrisches Feld und umgekehrt. Das nennt man Elektromagnetische Induktion und bildet die Grundlage für den Betrieb von Dynamos, Elektromotoren und Transformer. Das Maxwells Gesetze sind der mathematische Ausdruck der Wechselwirkung zwischen magnetischen und elektrischen Feldern.
Richtung der Kraft
Die Richtung der Kraft kann bestimmt werden durch die linke hand regel.
Ratifizierung
Die Erregung ist ein wichtiger Bestandteil einer elektrischen Maschine. Es gibt mehrere Wörter, die sich auf dasselbe beziehen. In fast allen Fällen erfolgt die Anregung durch das Magnetfeld eines Elektromagneten oder Permanentmagneten. Elektromagnete werden hauptsächlich in elektrischen Maschinen verwendet. Sie sprechen von Erregung, Erregung, Magnetfeld, Induktivität, je nachdem, aus welcher Sprache der Begriff stammt.
- Ratifizierung weil sie den schwachen Magneten entfernen (Restmagnetismus) stärker, indem es in einen Elektromagneten verwandelt wird.
- aufregen weil sie den gegenwärtigen Eisenstab zum Magnetismus "anregen".
- Magnetfeld weil sie zu einem Magneten werden und somit ein "magnetisches Feld" vorhanden ist.
- Induktor weil dieser stationäre Magnet einen Strom führt induziert in den Spinnspulen; oder weil der rotierende Magnet einen Strom in der stationären Spule induziert.
Bei einem Dynamo wird ein Teil des erzeugten Stroms zur Erzeugung des Magnetfelds (Reihen-, Nebenschluss- oder Verbunderregung) verwendet, so dass zur Erzeugung des Magnetfelds (Erregung oder Erregung) keine Permanentmagnete oder eine separate Batterie mehr benötigt werden. Werner von Siemens gab diesem Prinzip den Namen "Dynamo" (von griechisch dunamis: Energie). Dies ist daher "selbsttragend". Es liefert seinen eigenen Gleichstrom, um seinen Elektromagneten zu versorgen. Es erzeugt seinen eigenen Gleichstrom für seinen eigenen Elektromagneten. Dadurch sind die heutigen leistungsstarken Elektro Lichtmaschinen und Dynamos möglich.
Die unterschiedlichen Anregungen bei Elektromotoren
Unabhängig angetriebener Motor
Bei Motoren mit Eigenerregung wird die Erregerspule, die das Erregerfeld bereitstellt, von einer separaten Spannungsquelle gespeist, so dass sie unabhängig von der Ankerspannung geregelt werden kann. Da das Erregerfeld dieses Motors lastunabhängig ist, wird es U/min bleiben mit steigendem Drehmoment nahezu konstant. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass bei Abschwächung der Erregung die Drehzahl ansteigt (Motor beschleunigt), wodurch der Motor bei Verlust der Erregung durchdreht.
Serienmotor
Beim Reihenmotor ist die Erregerspule in Serie mit der Ankerwicklung. Diese Reihenwicklung besteht aus wenigen Windungen dicken Kupferdrahtes. Die besondere Eigenschaft dieses Motors besteht darin, dass die Drehzahl umgekehrt proportional zum Paar, oder je geringer die Last, desto schneller dreht sich der Anker. Deshalb dürfen Serienmotoren niemals ohne Last betrieben werden, da der Motor dann wild durchläuft. Der Reihenmotor wird dort eingesetzt, wo hohe Anlaufmomente erforderlich sind, wie z. B. als Fahrmotor in elektrische Züge und Straßenbahnen. Auch der Anlasser im Auto ist ein Serienmotor. Viele Handwerkzeuge wie Bohrmaschinen verwenden auch Serienmotoren. Als Grundlast kommt ein Lüfter zum Einsatz, der auch für Kühlung sorgt.
Nebenschlussmotor
Beim Nebenschlussmotor ist die Erregerspule parallel mit der Ankerwicklung. Diese Nebenschlusswicklung besteht aus vielen Windungen von dünnem Kupferdraht. Die Eigenschaften des Nebenschlussmotors entsprechen denen des unabhängig erregten Motors. Der Nebenschlussmotor wird hauptsächlich in Maschinen verwendet, die mit konstanter Drehzahl bei unterschiedlichen Lasten arbeiten, wie z Kräne und trampen, sowie für Antriebe, bei denen die Geschwindigkeit geregelt werden muss.
Verbundmotor
Der Compound-Motor ist eine Kombination der beiden oben genannten Motoren; es hat sowohl eine Reihen- als auch eine Nebenschlusserregerwicklung. Die Eigenschaften dieses Motors liegen zwischen denen der Reihen- und Nebenschlussmotoren.
- Motor der Compound-Serie: Starkes Serienfeld mit schwachem Nebenfeld ergibt einen Motor mit hohem Anlaufmoment, ohne dass der Motor durchdreht. Das vorhandene Shuntfeld verhindert dies.
- Zusammengesetzter Nebenschlussmotor: Starkes Nebenschlussfeld mit schwachem Reihenfeld ergibt Nebenschlussmotor mit größerem Anlaufdrehmoment als Standard-Nebenschlussmotor. Der Nachteil ist, dass die Geschwindigkeit mit zunehmender Last abnimmt. Daher werden bei diesem Motortyp nach dem Starten des Motors die Reihenwicklungen kurzgeschlossen.
- Gegenverbundmotor: Starkes Nebenschlussfeld mit a Gegenteil schwaches Serienfeld sorgt dafür, dass die Drehzahl bei steigender Last immer konstant bleibt.
Anwendungen
Hall-Effekt
Es Hall-Effekt (auch zusammen geschrieben: Hall-Effekt) ist das Phänomen, dass a elektrische Spannung tritt in Querrichtung eines Stromträgers auf, wenn aufrecht in Strom- und Querrichtung wird ein Magnetfeld angelegt. Der Effekt ist nach dem Forscher benannt Edwin Hall. Die Richtung der auftretenden Spannung hängt von der Art der Ladungsträger ab. Das Vorzeichen der Spannung aufgrund des Halleffekts von a Halbleiter wird daher verwendet, um festzustellen, ob die Ladungsträger überwiegend Löcher oder Elektronen sein.
Elektrischer Transformator
Ein Transformator (oft abgekürzt mit Transformator (NL) oder Transformator (B)) ist ein statisches (d. h. ohne bewegliche Teile) elektrisches Gerät, bestehend aus magnetisch gekoppeltspülen. Wenn ein variabler Strom durch eine der Spulen, die als Primärspule bezeichnet wird, gesendet wird, wird in der/den anderen Spule(n), der Sekundärspule, eine Spannung erzeugt. Eine wichtige Anwendung ist die Umwandlung eines höheren Wechselstrom Spannung, wie Netzspannung, auf die gewünschte niedrigere Wechselspannung. Die höhere Wechselspannung an der Primärspule mit vielen Windungen verursacht a Wechselstrom, die mit weniger Windungen eine geringere Wechselspannung in der Sekundärspule erzeugt. Die Spannung wird heruntertransformiert. Hat die Sekundärspule mehr Windungen als die Primärspule, wird die Spannung nach oben transformiert Das Verhältnis zwischen der Windungszahl der Primärspule und der Sekundärspule gibt den Faktor an, um den die Spannung nach oben oder unten transformiert wird. Dies wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet.
Elektromotor
Der Betrieb eines Elektromotors basiert auf Elektromagnetismus. Der Motor besteht aus a Stator und ein Rotor, die sich im Stator drehen können. Von diesen beiden ist mindestens einer als Elektromagnet ausgeführt. Je nach Motortyp kann der andere als Permanentmagnet oder Elektromagnet ausgeführt sein. Durch die Kraft der Magnetpole aufeinander oder durch Induktion beginnt der Rotor zu rotieren.
Stromgenerator
EIN Dynamo (oder Gleichstromgenerator) ist eine Maschine, in der mechanische Energie, das durch eine rotierende Welle eindringt, wird umgewandelt in elektrische Gleichstromenergie. Diese Umrechnung basiert auf der Tatsache, dass wenn a elektrischer Leiter bewegt sich durch ein Magnetfeld, elektrische Spannungen werden in diesem Leiter erzeugt und so beginnt Strom zu fließen, wenn der Stromkreis geschlossen wird.
Siehe auch
- Elektromagnetische Strahlung
- James Clerk Maxwell
- Lorentzkraft
- Induktion (Elektrizität) und Magnetflußdichte
Verweise
- ↑Kapitel 4 "Magnetostatik im freien Raum" in Elliott, Robert S., "Elektromagnetik - Geschichte, Theorie und Anwendungen", IEEE PRESS Series on Electromagnetic Waves 1993.