Menu

Elektrische Energie

Elektromagnete: Was sie sind, Typen, Funktionsweise und Beispiele

Elektromagnete: Was sie sind, Typen, Funktionsweise und Beispiele

Ein Elektromagnet ist eine Magnetart, bei der das Magnetfeld durch den Fluss eines elektrischen Stroms erzeugt wird. Verschwindet der elektrische Stromfluss, verschwinden auch das Magnetfeld und die von ihm ausgehende Wirkung.

Elektromagnete: Was sie sind, Typen, Funktionsweise und Beispiele

Diese elektrischen Geräte werden zur Erzeugung steuerbarer magnetischer Kräfte in industriellen Anwendungen wie elektromagnetischen Kränen und Sortiersystemen verwendet. Darüber hinaus spielen sie eine entscheidende Rolle in der Medizintechnik und ermöglichen die Erstellung detaillierter Bilder in der Magnetresonanztomographie (MRT) und bei Magnetstimulationstherapien.

In der wissenschaftlichen Forschung sind Elektromagnete beispielsweise in der Physik unverzichtbar. Seine Fähigkeit, Magnetfelder zu verändern und zu kontrollieren, hat Innovationen in einer Vielzahl von Bereichen vorangetrieben, vom Transportwesen über die Medizin bis hin zur Spitzenforschung.

Arten von Elektromagneten

Je nach Stromrichtung und gewünschter Leistung gibt es unterschiedliche Arten von Elektromagneten. Unter ihnen heben wir die Kreisstrom-, Gleichstrom-, Rechteck- und Antriebsstromkreise hervor.

Kreisstrom-Elektromagnete

Bei diesen Elektromagneten ist der Draht spiral- oder kreisförmig gewickelt. Entlang dieser kreisförmigen Spirale fließt elektrischer Strom und erzeugt ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Kreisebene.

Sie werden dort eingesetzt, wo ein Magnetfeld in einem bestimmten Bereich und in eine bestimmte Richtung benötigt wird.

Gleichstrom-Elektromagnete

Diese arbeiten mit einem konstanten und unidirektionalen elektrischen Strom. Der Strom fließt nur in eine Richtung durch den gewickelten Draht und erzeugt ein konstantes Magnetfeld.

Gleichstromrelais werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine konstante Magnetkraft erforderlich ist, beispielsweise bei elektromagnetischen Relais.

rechteckige Elektromagnete

Die rechteckigen haben ein rechteckiges Design. Elektrischer Strom fließt durch den Draht, der um den Umfang des Rechtecks ​​gewickelt ist.

Diese Elektromagnete werden in Situationen eingesetzt, in denen ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung erzeugt werden soll, oder für Anwendungen, bei denen die rechteckige Form besser geeignet ist.

Elektromagnete antreiben

Sie werden verwendet, um als Reaktion auf Änderungen des elektrischen Stroms eine kontrollierte Kraft oder Bewegung auszuüben. Sie kommen häufig in Antriebsgeräten wie Magnetspulen zum Öffnen und Schließen von Ventilen, zum Aktivieren von Schaltern oder zum Erzeugen präziser Bewegungen in automatisierten Systemen vor.

Wie funktioniert ein Elektromagnet?

Ein Elektromagnet funktioniert dank der Eigenschaft, die alle elektrischen Leiter haben: Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, entsteht immer ein Magnetfeld. 

Der einfachste Typ eines Elektromagneten ist ein zu einer Spule gewickeltes Stück Draht. Eine zylindrische Spule, deren Draht spiralförmig gewickelt ist (ähnlich einem Korkenzieher in Form eines Korkenziehers), wird oft als Magnetspule bezeichnet; Ein geschlossener Magnet wäre ein Toroid. Die Enden des Kabels werden an eine Stromquelle angeschlossen.

Elektromagnete: Was sie sind, Typen, Funktionsweise und BeispieleStärkere Magnetfelder können erzeugt werden, wenn ein Kern aus einem paramagnetischen oder ferromagnetischen Material in die Spule eingesetzt wird, üblicherweise wird ein Weicheisenkern verwendet. Der Kern konzentriert das Magnetfeld, sodass es stärker ist, als wenn nur die Spulenwicklung vorhanden wäre.

Die Stromart, mit der ein Elektromagnet arbeitet, kann Dauer- oder Wechselstrom sein.

Die von den Spulen erzeugten Magnetfelder folgen einer Form der Rechte-Hand-Regel. Wenn die Finger der linken Hand in Richtung des Elektronenstromflusses durch die Spule gebogen sind, zeigt der Daumen in Richtung der Magnetkraft.

Die Seite des Magneten, von der die Feldlinien ausgehen, wird als Nordpol bezeichnet.

Beispiele für Elektromagnete

Diese Elemente können direkt oder indirekt verwendet werden. In beiden Fällen finden wir folgende Beispiele:

  • Um elektrisch geladene Teilchen abzulenken, wie in Kathodenstrahlröhren oder Teilchenbeschleunigern.

  • Zum Heben großer Eisenmassen. Einige Kräne verwenden leistungsstarke industrielle Elektromagnete, um Eisenschrott einzuhaken und anzuheben.

  • Elektromotoren. Elektromotoren arbeiten mit dieser Technologie.

  • Elektrische Generatoren. Es funktioniert wie bei Elektromotoren, jedoch umgekehrt.

  • Schließen elektrischer Kontakte an Relais oder Betätigen von Ventilen an Magnetventilen.

  • Elektrische Schlösser aktivieren

  • Bewegen Sie den Kopf einer Festplatte

  • Elektromagnetische Bremsen und Kupplungen von Automobilen.

  • Zur magnetischen Trennung von Metallen in Recyclingzentren.

  • Magnetschwebebahnen nutzen diese Technologie zum Schweben und reduzieren die Reibungsverluste auf der Strecke erheblich.

Anwendungsbeispiel in automatischen Türen

Ein weiteres Anwendungsbeispiel liegt im Bereich Schlösser, wo es dazu dient, eine Tür geschlossen zu halten und bei einem Stromausfall das Öffnen sicherzustellen.

Um 1980 begann man, das von einem Elektromagneten abgeleitete Magnetfeld im Bauwesen und genauer gesagt im Bereich der Sicherheitsfenster einzusetzen.

Ein Schweizer Unternehmen begann mit der Produktion eines Elektromagneten von sehr geringer Größe und geringem Gewicht, der mit niedriger Spannung (12 VDC – 24 VDC) betrieben wurde und ein Magnetfeld entwickelte, das einer Kraft von mehreren tausend Newton standhalten konnte.

Diese Anwendung war im Bereich der Notausgänge sofort ein großer Erfolg, da sie Sicherheit vor Diebstahl ohne den Einsatz mechanischer Teile gewährleistet, gleichzeitig aber auch das Öffnen der Tür ohne menschliches Eingreifen im Falle eines Unfalls gewährleistet Stromausfall. .

Die Weiterentwicklung dieses Systems hat im Bausektor dazu geführt, dass der Elektromagnet in großem Umfang als elektrisches Schließelement eingesetzt wird. Heutzutage wird es je nach Abmessungen, Verwendungszweck, Profil und Türtyp auf unterschiedliche Weise eingesetzt.

Elektromagnete in Elektromotoren

In Elektromotoren sind sie die Hauptkomponenten, die für die Erzeugung von Bewegung aus elektrischer Energie verantwortlich sind. In Elektromotoren werden Elektromagnete verwendet, um Magnetfelder zu erzeugen, die mit elektrischen Strömen interagieren und Kräfte erzeugen, die die Bewegung antreiben.

Elektromotoren können in verschiedene Typen eingeteilt werden, wobei Gleichstrommotoren (DC) und Wechselstrommotoren (AC) am häufigsten vorkommen. In beiden Fällen spielen Elektromagnete eine entscheidende Rolle:

Gleichstrommotoren (DC).

Bei diesen Motoren wird der Stromfluss ständig umgekehrt, um eine kontinuierliche Drehung des Rotors (bewegter Teil des Motors) aufrechtzuerhalten. Die Elektromagnete, Spulen genannt, sind im Stator (fester Teil des Motors) angeordnet und erzeugen Magnetfelder, die mit den Rotorspulen interagieren.

Durch das Schalten des elektrischen Stroms in den Statorspulen entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das den Rotor dreht.

Wechselstrommotoren (AC).

Wechselstrommotoren können Induktions- oder Synchronmotoren sein. Bei Induktionsmotoren wird das Magnetfeld im Stator durch mit Wechselstrom betriebene Elektromagnete erzeugt. Dieses Magnetfeld induziert Ströme im Rotor, die Bewegung erzeugen.

Bei Synchronmotoren dreht sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie das rotierende Magnetfeld des Stators, was eine genaue Taktung erfordert.

Unterschiede zwischen einem Magneten und einem Elektromagneten

Die wichtigsten Unterschiede zwischen einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten sind folgende:

  • Das Magnetfeld eines Elektromagneten kann durch Steuerung der elektrischen Stromstärke schnell manipuliert werden. Im Gegenteil ist es notwendig, dass zur Aufrechterhaltung des Feldes kontinuierlich elektrische Energie zugeführt wird.

  • Die Magnetkraft des Elektromagneten hängt von der Stromversorgung ab. Wenn der Strom nicht mehr fließt, verliert der Elektromagnet seine Eigenschaften.

Erfinder des Elektromagneten

Der Erfinder des Elektromagneten war 1825 der englische Physiker William Sturgeon .

Der erste Elektromagnet war ein hufeisenförmiges Stück Eisen, das von einer Wicklung umgeben war. Bei diesem Hufeisen wurde der Strom magnetisiert, als er durch die Spule des Elektromagneten floss, und als er aufhörte, entmagnetisiert.

Sturgeon demonstrierte die magnetischen Eigenschaften des Elektromagneten, indem er mit einem weniger als 200 Gramm schweren Stück Eisen mit einer Wicklung, durch die Strom von einer Einzelzellenbatterie floss, etwa 4 kg anhob.

Darüber hinaus konnte Sturgeon seinen Elektromagneten regulieren, indem er die Intensität des elektrischen Stroms variierte.

Autor:
Data de publicació: 14. September 2021
Última revisió: 16. August 2023