Ein Elektromagnet besteht aus einer Spule, um die sich bei Stromdurchfluß ein magnetisches Feld bildet. In der und um die Spule befindet sich meist ein Eisenkern, der das Magnetfeld führt und verstärkt.

Die Verstärkung des Magnetfeldes durch ferromagnetische Materialien funktioniert nur bis zu deren Sättigungs-Flussdichte, die bei etwa 1 bis 2 Tesla liegt. Sehr starke Elektromagnete müssen daher ohne Kernmaterial hergestellt werden.

Wirkprinzip

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Ein stromdurchflossener Leiter bildet ein Magnetfeld um sich aus.

Die Richtung der magnetischen Feldlinien lässt sich mit der Rechte-Hand-Regel bestimmen: wird der Leiter so von der Hand umfasst gedacht, dass der abgespreizte Daumen in die Richtung vom Plus- zum Minuspol (technische Stromrichtung) zeigt, dann zeigen die Finger die Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes an.

Durch gleichsinnige Wicklung des Leiters in der Spule konzentriert sich das über dem Leiter verteilte Magnetfeld im Inneren der Spule und um die Spule herum. Dabei entsteht ein zusammenhängender resultierender magnetischer Fluss in Achsrichtung der Wicklung.

Theorie

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Für eine elektromagnetische Spule der Länge l und der Windungszahl n, durch die ein Strom I fließt, berechnet sich die magnetische Feldstärke H zu

$$

H = I \cdot \frac{n}{l}

bzw. die magnetische Flussdichte B zu

$$

B = \mu_{0} \cdot \mu_{r} \cdot I \cdot \frac{n}{l}.

Darin ist $\backslash mu\_\{0\}$ die magnetische Feldkonstante und $\backslash mu\_\{r\}$ die Permeabilität des von der Spule umschlossenen Raumes.

$$

\mu_{0} = 4 \cdot \pi \cdot 10^{-7} \frac{\mathrm{H}}{\mathrm{m}}.

In Vakuum bzw. in Luft ist die relative Permeabilität $\backslash mu\_\{r\}\; =\; 1$, in ferromagnetischen Materialien liegt ihr Wert zwischen 4 und 15 000 bis zum Erreichen des spezifischen Sättigungspunktes.

Anwendungen

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zugmagnet.jpg1.: Spule mit ferromagnetischem Kern (meist aus Eisen)

• Betätigungsmagnete von Relais und Schützen
• Türöffner-Magnet, Magnete in Summern und Tür-Gongs
• Magnetkupplungen (z. B. in Vakuumpumpen oder Klimakompressoren im Kfz) und Bremsen (z. B. mit Rückstellfeder in Rasenmähern)
• Zugmagnete, Schubmagnete
• Hubmagnete (Magnetkran in Stahlwerken)
• Schienenbremse bei Straßenbahnen
• Magnete, um Weichen von Schienenfahrzeugen zu stellen
• Wechselstrom-Magnete in Membranpumpen (z. B. Luftpumpe für Aquarien) und Schwingförderern
• Magnetfelderzeugung in fremderregten Motoren (z. B. Staubsauger) und Generatoren (Autolichtmaschine, Kraftwerk)
• Separatoren zur Stofftrennung „ferromagnetisch“ / „nicht ferromagnetisch“ (z. B. Müllsortierung)
• Ablenkmagnete in Teilchenbeschleunigern und für Elektronenstrahlen (Bildröhre, Elektronenmikroskop, Elektronenstrahlschweißen)

2.: Spule ohne ferromagnetisches Kernmaterial

• Felderzeugung für Wanderfeldröhren
• Betätigungsspule für Reedkontakte
• supraleitende Magnete in Kernspinresonanz-Tomografen und zur Forschung
• ungekühlte Magnetspulen für Hochfeld-Untersuchungen (nur Impulsbetrieb - oft muss die Spule nach jedem Experiment erneuert werden)

Siehe auch: Liste elektronischer Bauteile

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