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Elektromagnetische Felder

Elektromagnetische Felder

Veröffentlicht am 16.10.2022

Ein Stromfluss erzeugt ein Magnetfeld, das den Leiter umgibt. Interessant wird es, wenn wir mit dem Leiter eine Wendel formen. Dann baut sich in dieser Spule und um sie herum ein Magnetfeld wie in einem Stabmagneten auf. Damit besitzen wir einen Magneten, den wir beliebig an- und abschalten können, was beim Permanentmagneten nicht möglich ist. 

Auch ein Vertauschen der magnetischen Pole ist mit ihr möglich, indem wir einfach den Stromfluss umpolen.

Bild elektromagnetisches FeldBild elektromagnetisches Feld

Bild Rechte-Faust-RegelBild Rechte-Faust-RegelDie Richtung des Magnetfeldes um den stromdurchflossenen Draht lässt sich mit der »Rechte-Faust-Regel« leicht merken: Umfasst man mit der Faust einen stromführenden Leiter so, dass der Daumen zum positiven Anschluss weist, zeigen die den Leiter umschließenden Finger die Richtung des magnetischen Feldes an.

Dank der elektromagnetischen Fähigkeiten einer Spule ist es leicht, mechanische Arbeiten auch auf Distanz verrichten zu lassen. Wir müssen am Stellpult nur einen Schalter betätigen, schon wird an der diesem Schalter zugeordneten Einrichtung auf der Modellbahnanlage eine mechanische Wirkung erzielt.

Ein Elektromagnet ist natürlich auch in der Lage, ferromagnetische Teile anzuziehen, ganz so wie ein Permanentmagnet. Auf der Modellbahnanlage begegnet er uns in dieser Form häufig als Magnetkran. Am Kranhaken hängt eine Spule, die wie die Seilzüge und der Drehmotor des Krans fernbedient wird.

Die Stärke des Magnetfeldes ist direkt abhängig von der Stromstärke: je stärker der Stromfluss, desto stärker das Magnetfeld. Da es sich bei den Spulen aber um elektrische Leitungen handelt, kann der Stromfluss nicht beliebig verstärkt werden. Irgendwann wird ein Grenzwert überschritten, bei dem die durch den Widerstand der Spule in Wärme umgesetzte Energie zu groß wird und die Spule durchbrennt – ein in Modellbahnerkreisen befürchteter Vorgang im Zusammenhang mit hängenden Weichenantrieben.

Feldlinien formen

Bild U-KernBild U-KernEin zweiter Einflussfaktor ist die Anzahl der Spulenwindungen, und es gibt noch eine weitere Möglichkeit, das Magnetfeld zu verstärken. Ein Kern aus ferromagnetischem Material in der Spule verstärkt das Magnetfeld erheblich, ohne dass mehr Strom durch die Spule fließen muss. Deshalb finden wir bei elektromagnetischen Anwendungen selten Luftspulen vor. Der Kern hat noch eine weitere Eigenschaft, denn wenn er über die Spule hinausragt, bündelt er die Feldlinien und sie treten erst an den Enden des Kerns aus. Der Kern ist auch in der Lage, Feldlinien umzuformen, wenn er nicht geradlinig aufgebaut ist, zum Beispiel mit einem U-förmigen Kern. Das Magnetfeld dieser Spule ist asymmetrisch, denn die Feldlinien auf der Seite der Kernflanken werden vom Kern in diese Richtung gezogen, während die Feldlinien in der Spule geradlinig verlaufen.

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