Was ist ein Elektromagnet?

Elektromagnete sind schaltbare Magnete, deren Haftkraft durch Anlegen einer Gleichspannung zu- und abgeschaltet werden kann. Das entstehende Magnetfeld resultiert durch die bewegten Ladungen des Stroms im Leiter. Die sich entwickelnden magnetischen Kräfte eines stromdurchflossenen Leiters erkannte als erstes der Physiker Hans Christian Oersted.

Funktionsweise

Die Bauform eines Elektromagneten ist meistens ein Stahltopf, in dem sich zentrisch ein Zapfen aus ferromagnetischem Stoff findet. Dieser Zapfen ist von lackiertem Kupferdraht umwickelt, der auch als Spule bezeichnet wird.

Wird eine Spannung angelegt, bildet sich um den Kupferdraht ein elektromagnetisches Feld. Dieses Feld wird durch den Stahltopf und den Stahlkern verstärkt und auf die Haftfläche der offenen Topffläche gelenkt.

Es entsteht ein Magnetfeld mit einem Pol jeweils auf der Ringfläche und dem Zapfen. Von Zapfen zur Ringfläche bildet sich bogenförmig das resultierende elektromagnetische Feld aus.

Bauform

Die Bauform eines Elektromagneten hat einen großen Einfluss auf seine Haftkraft. Hierfür gibt es mehrere Größen, die für das ausgehende Magnetfeld H wichtig sind:

Länge der Spule: L
Radius der Spule: R
Strom in der Spule: I
Zahl der Windungen der Spule: n

Berechnung

Um eine Berechnung des resultierenden Magnetfelds vorzunehmen, kann die folgende Formel verwendet werden:

H =(n ∙ I)/√(L2+ 4 ∙ R2 )

Anhand dieser Formel kann die benötigte Dimensionierung einer Spule berechnet werden.

Die Stärke des Magnetfelds H und die daraus resultierende Haftkraft kann ebenfalls durch die angelegte Spannung definiert werden. Durch eine Verminderung der angelegten Spannung, verringert sich auch die Haftkraft.

Anwendungsbereiche

Elektromagnete werden in vielen Bereichen eingesetzt, unter anderem:

In der Elektrotechnik, zum Beispiel in Relais, Schaltern und Motoren
In der Mechanik, zum Beispiel in Liften, Toren und Türen
In der Medizin, zum Beispiel in Magnetresonanztomographen (MRT)

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