Wenn man an einen Elektromagneten eine Gleichspannung anlegt, wird ein statisches Magnetfeld erzeugt so wie bei einem Permanentmagneten.
Mir ist klar, dass zum Aufbau des Magnetfeldes Energie benötigt wird, aber warum braucht man dann weiterhin elektrische Leistung um das Magnetfeld aufrecht zu erhalten? Ein Permanentmagnet ist ohne Energiezufuhr magnetisch. Da habe ich einen Knoten im Kopf (harter/weicher Magnetismus), den ihr vielleicht lösen könnt.
Danke
Hallo,
Der fließende Strom erzeugt das Magnetfeld. Ohne Stromfluss kein Magnetfeld.
Das ist so nicht richtig. Permanentmagnete werden während der Produktion mit hohem Energieaufwand einmalig magnetisiert. Und diese Magnetisierung kann auch mit der Zeit „verloren“ gehen.
Grüße
Pierre
Man braucht keine Leistung, man braucht einen Strom. Das Problem ist, dass ein elektrischer Stromkreis ohne jeden Widerstand zu unendlicher Stromstärke und damit zur sofortigen Zerstörung jeden Leiters führen würde.
Daher muss ein Elektromagnet aus schnödem Metall als Leiterwerkstoff gefertigt werden. Dieser bringt die notwendige Strombegrenzung gleich mit (Super!), damit aber auch gleichzeitig seine Verlustleistung als Heizung (Schade.).
Die Leistung wird nicht ins Magnetfeld gesteckt, nachdem es einmal aufgebaut wurde. Sie wird kontinuierlich und vollständig in Wärme umgesetzt.
Gedankenbeispiel:
Man nehme einen Elektromagneten, dessen Spule aus einem passend gekühlten Supraleiter hergestellt wurde. Ganz real hat man so eine praktisch widerstandslose Spule. Daran schließt man einen 10 Ohm Heizwiderstand an und eine 100 Volt Gleichspannungsquelle.
Der Strom wird nu erst langsam steigen (Energie geht ins Magnetfeld), dann wird er sich immer mehr den 10 Ampere annähern und dort bleiben. Die Heizung verschlingt die vollen 1000 Watt, der Magnet nichts.
Äh,
nochmal zur Abgrenzung Permanentmagnet - Elektromagnet.
Stell dir vor, ein magnetisierbarer Stoff bestünde aus einer Anhäufung von extrem vielen, kleinen, ungeordneten Minimagneten.
Beim Permanentmagnet kann man diese unter bestimmten Bedingungen so ausrichten, dass sie alle in eine Richtung zeigen und somit das Bauteil nach außen hin magnetisch wirkt, ohne dass sie wieder in die ungeordnete Stellung zurückkehren.
Beim Elektromagneten kann man sich vorstellen, dass jeder dieser Minimagnete beweglich ist, aber mit einer Feder wieder in seine Ausgangslage zurückgezogen wird. Wenn das externe Feld wegfällt, bricht die Ordnung fast vollständig zusammen, nur bei wenigen Teilchen bleibt die Federkraft zu gering, es verbleibt eine Restfeldstärke.
Dass man Leistung aufwenden muss, ohne etwas zu leisten, gibt es auch an anderer Stelle und aus ähnlichem Grund.
Hebe ein gefülltes Trinkglas mit ausgestrecktem Arm hoch und halte es - weiter mit ausgestrecktem Arm - auf Schulterhöhe.
Da das Glas in dieser Höhe bleibt, bekommt es keine weitere Energie. Und trotzdem werden deine Muskeln Leistung benötigen - nur zum Aufrechterhalten der Kraft. Warum? Weil wir keine Arretierfunktion haben. Der Körper kann eine konstante Kraft nur erhalten, wenn er weiter ATP verbrennt, wir können nicht anders.
Neeee. Man kann einen E-Magneten auch aus supraleitendem Material fertigen, so z.B. in MRTs oder im LHC. Normaler Draht scheidet aus, denn die Felder sind sehr stark. Die Leiter dürfen nicht zu dick werden, um einerseits mit dem verfügbaren Platz klar zu kommen, und andererseits überhaupt ein paar Tesla hin zu bekommen. Macht man die Leiter dünner, braucht man sehr hohe Spannung, um den Strom da durch zu pressen, und muß dann noch schauen, wie man mit der Abwärme klar kommt.
Letztendlich kann man einen Magneten aus einem geschlossenen Supraleiter herstellen, und an einer Stelle so lange Strom darin induzieren, bis man mit dem Magnetfeld zufrieden ist. Danach fließt der Strom einfach weiter, das Magnetfeld bleibt quasi dauerhaft erhalten…
Weiß ich, Supraleiter habe ich ja schon als reale Alternative genannt, wobei ich ja einen Widerstand in Reihe schalten wollte - ein Supraleiter als Ring, in dem man den Stromfluss durch Induktion immer weiter erhöht, daran hatte ich nicht gedacht.
Ich hätte „ein herkömmlicher Elektromagnet“ schreiben sollen, so, wie er in der Welt der Relais, Krane und Magnetventile milliardenfach im Einsatz ist, denn so meinte ich das. Mein Fehler.
Ich versuche es nochmal besser:
„In der Welt der Physik ohne Supraleiter musst du einen Strom mit einer Spannung ungleich 0 und einem Widerstand ungleich 0 erzeugen, damit bekommst du zwangsläufig eine Leistung, die beim Elektromagneten nach dem Aufbau des Feldes eine reine Verlustleistung sein wird.“
Das Ohm’sche Gesetz kann einen Stromkreis nicht abbilden, bei dem bei 0 Ohm und 0 Volt ein von 0 verschiedener Strom dauerhaft fließt. Andererseits plädiere ich schon länger dafür, dass 0 geteilt durch 0 neu zu definieren sei, die Lösung ist die Grundmenge (jede Lösung sei richtig). Dann passt das Ohm’sche Gesetz auch beim Supraleiter. 0V, 0Ohm, jeder beliebige Strom erfüllt die Gleichung.
Auch ist es so, daß man das Problem ja eigentlich ----> vollständig betrachten muß, d. h. unter Berücksichtigung aller denkbaren Spezialfälle, und dazu gehört auch, daß es z. B. den Fall gibt, daß vom Zeitpunkt tx = 0 (s [ganz klein geschrieben, denn 0 mal irgendwas bleibt 0]) + 1/10 t irgendwas bis zum Zeutpunkt tx + 5 s 5 A fließen und von dem Zeitpunkt an halt 20 % mehr d. h. (1 + 5) A. Was passiert? Es ist kurzzeitig eine Wechselstromkomponente zusätzlich mit drin, mit gewissen Folgen für die Wärme- und anderen Folgen für die mechsnische Arbeit. Ist zufällig zum Zeitpunkt 5 s ein metallischer Gegenstand „nah genug dran“, hat es gewisse Folgen, ist keiner da, hat es andere Folgen. DAS (oder etwas Vergleichbares) läuft anders ab, wenn es kein Elektro-, sondern ein Permanentmagnet ist und DER wird dann schwächer.
In absolut allen Fällen bleibt die Energie erhalten. Das ist das Gemeinsame.
Danke, ich habe es mit dem Tipp der Supraleitung soweit verstanden. Das Magnetfeld entsteht durch die Bewegung der Elektronen. In einem Supraleiter würde der Strom, wenn er einmal angestoßen würde, praktisch ewig fließen, weil das System keine Energie verliert.
Zu verstehen, wie der gleichgerichtete Spin vieler Elektronen in den Weisschen Bezirken ein Magnetfeld erzeugt, ist noch eine Nummer größer.
Als Chemiker denke ich dabei an die kinetische Wärmetheorie. Beim Permanentmagneten spricht man auch vom „Einfrieren“ der Struktur. Lokale Cluster „Elementarmagnete“ von ausgerichteten Kristallbereichen können nicht in die chaotische Struktur ungeordneter Dipole zurück springen. Es sei denn die (thermische) Aktivierungsenergie wird aufgebracht. Das stimmt mit der Beobachtung überein, dass man alle Permanentmagnete durch Erhitzen ruinieren kann.
Udo Becker