Repetitionen Magnetismus

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1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS Kapitel Repetitionen Magnetismus Θ = Θ l m = H I I N H µ µ = 0 r N B B = Φ A M agn. Fluss Φ Verfasser: Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 772 Nidfurn Ausgabe: Januar 2010

2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 1 Gleichstromspule Wie gross ist die Durchflutung einer Gleichstromspule von 260 Windungen und 4 Ω Widerstand, wenn deren Klemmenspannung 6 V beträgt? 390 A

3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 2 Parallele Wicklungen Eine Magnetspule hat zwei parallele Wicklungen von je 200 Windungen. Die Gesamtdurchflutung ist 2520 A. Berechnen Sie den Erregerstrom der einzelnen Wicklungen!

4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 3 Mittlere Feldlinienlänge Für die nebenstehende Spule ist die mittlere Feldlinienlänge zu berechnen!

5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 4 Trafoblech Ein Magnetkern aus Elektroblech hat 230 cm 2 Querschnitt. Die magnetische Flussdichte ist 1,3 T. Berechnen Sie den magnetischen Fluss! Drehstromtrafo

6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 5 Einphasentransformator Wie gross ist die magnetische Induktion in einem Kern von 1,7 cm 2. Querschnitt, wenn der magnetische Fluss 317,9 µwb beträgt?

7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 6 Relaiskern Bestimmen Sie den Querschnitt eines Kerns, wenn der magnetische Fluss 0, Wb und die Flussdichte 1,1 T ist!

8 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 7 Luftspalt von elektrischen Maschinen In einem Luftspalt soll die magnetische Induktion 0,54 T betragen. Berechnen Sie die zugehörige magnetische Feldstärke!

9 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN Gleichstrommotor In einem Luftspalt ist die magnetische Feldstärke 1200 A/m. Wie gross ist die magnetische Flussdichte? Gleichstrommotor

10 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 9 Luftspule Eine Spule ohne Eisenkern besitzt 500 Windungen, durchflossen von 2 A. Mittlere Länge der Feldlinien sind aus der nebenstehenden Luftspule zu berechnen. Wie gross ist die Induktion B? Kontrollieren Sie diesen Wert mit der Magnetisierungskurve von Luft.

11 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 10 Kontaktdruck bzw. Kontaktkraft eines Relais Bei einem Rundrelais gemäss Abbildung wird zur Erzeugung des notwendigen Kontaktdruckes der Anker mit einer Kraft von 1,2 N festgehalten. Die wirksame Polfläche hat einen Durchmesser von 10 mm. Der verbleibende Luftspalt wird nicht berücksichtigt. Berechnen Sie Relaisgehäuse a). die Polfläche, b). die magnetische Flussdichte.

12 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 11 Magnetischer Kreis mit Luftspalt Gegeben sei ein magnetischer Kreis nach Skizze. Der Strom welcher durch die Spule fliesst sei 3,9 A. Die Windungszahl sei Berechnen Sie die Durchflutung. a = cm b = cm c = 3,5 cm d = 4 cm e = 1,5 cm f = 1,5 cm g = 1,5 cm δ = 0,5 cm

13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 12 Vergleich Eisen mit Luftspalt Bei der gleichen Spule wie in der vorhergehenden Aufgabe sei die Permeabilität des Eisens µ r = Berechnen Sie die magnetischen Widerstände des Magnetkreises (R mfe, R ml ) und den gesamten magnetischen Widerstand. Wie gross ist der resultierende magnetische Fluss. Berechnen Sie, aus dem gegebenen Querschnitt und dem magnetischen Fluss aus der vorhergehenden Aufgabe, die magnetische Induktion B! Berechnen Sie weiter die Feldstärken der Teilmedien des magn. Kreises ( H L und H Fe )!

14 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 13 Luftspule Eine Ringspule hat 400 Windungen und nimmt den Strom Ι = 6 A auf.die mittlere Feldlinienlänge beträgt 20 mm. Berechnen Sie a) die Durchflutung b) die magnetische Feldstärke.

15 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 101 Zeichne den Kraftlinienverlauf ein. 102 Bestimmen Sie die Position des Nord- bzw. Südpols. 103 Schliessen Sie die Spule an eine Gleichspannungsquelle an, damit links der Nordpol entsteht. 104 Die Spule unter -103 wird an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen. Was ist die Schlussfolgerung?

16 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 105 Setzen Sie zu den Ohmischen Grössen die zugehörigen magnetischen Grössen, mit Einheiten: Spannung Strom Widerstand U I R 106 Was versteht man unter dem Begriff der magnetischen Induktion? 107 Was versteht man unter dem Begriff der magnetischen Feldstärke? [ 10 Erkläre den Begriff "Permeabilität"!

17 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 109 Was ist ein ferromagnetischer Stoff? 110 Welche Materialien sind ferromagnetisch? 111 Welche Eigenschaften haben Magneten? 112 Wie nennt man die Magnetischen Pole?

18 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 113 Wie verhalten sich Magnete gegenseitig? 114 Wie nennt man das kleinste Teilchen des Magneten? 115 Was heisst magnetisieren? 116 Wie nennt man die ferromagnetischen Stoffe welche den Magnetismus leicht verlieren?

19 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 117 Wie nennt man den Punkt bei welchen die ferromagnetischen Stoffe ihre magnetische Wirkung verlieren? Mit welchen weiteren Massnahmen kann die Magnetwirkung verloren gehen? 11 Wie verläuft das magnetische Feld ausserhalb eines Magneten? 119 In welche Richtung zeigt eine Magnetnadel im Magnetfeld? 120 Beschreiben Sie das Erdmagnetfeld. Zeichnen Sie eine Erdkugel mit geografischen und magnetischen Polen.

20 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 121 Zeichnen Sie die magnetischen Felder bei der Abstossung und Anziehung magnetischer Pole. 122 Wozu werden Dauermagnete verwendet? Beispiel 123 Welcher Unterschied besteht zwischen einem Elektro- und einem Dauermagneten? 124 Was versteht man unter Remanenz? Welches Material hat grosse und welches kleine Remanenz?

21 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 125 Wie bildet sich das Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter? Machen Sie eine Skizze. 126 Wo treten die Kraftlinien bei Stabmagneten aus? 127 Wie kann die Feldlinienrichtung um einen Leiter definiert werden? 12 Wie sind die Felder um einen stromdurchflossenen Leiter definiert?

22 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 129 Wie wirken die Feldlinien um zwei parallel geführte Leiter? 130 Wie wird der Nordpol in einer Spule definiert? 131 Zeichnen Sie einen magnetischen Kreis mit einem Rotor im Magnetfeld. Alle magnetischen Grössen sind im Kreis zu beschriften bzw. einzutragen. 132 Der Durchflutung kann im magnetischen Kreis eine spezielle Bedeutung zugeordnet werden. a) Welche ist dies? b) Wie wird die Durchflutung berechnet?

23 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 133 Die magnetische Feldstärke kann mit dem elektrischen Stromkreis verglichen werden. Wie ist der Vergleich? H = I N l m A m 134 Wie wird die magnetische Flussdichte auch noch genannt? 135 Wie sieht die Magnetisierungskennlinie einer Luftspule? Machen Sie eine grafische Darstellung. B = 0 µ H [ T ] 136 Was passiert, wenn in eine Luftspule ein Eisenkern eingebaut wird?

24 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 137 Wie ist der Zusammenhang der Magnetisierungskennlinie einer Spule mit Eisenkern? Machen Sie eine grafische Darstellung. B = µ µ 0 H [ T ] r 13 Beschreiben Sie die Permeabilität Machen Sie eine grafische Darstellung in welcher das Verhalten der Permeabilität ersichtlich ist. Vs µ = µ 0 µ r Am 139 Die magnetische Sättigung. 140 Beschreiben Sie die Ummagnetisierungskennlinie die Hystereseschleife. 2 B [Vs/m ] Bild H C B R - H [ A/m ] H [ A/m ] -B R - B [ T ]

25 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 141 Der magnetische Widerstand kann wie beim e- lektrischen Kreis betrachtet werden, Zeichnen Sie den Fluss-Kreis auf. Θ = I I N R mfe N R ml M agn. Fluss Φ 142 Stellen Sie den magnetischen und den elektrischen Widerstand gegenüber. Was erkennen Sie an Gleichem? Elektrischer Widerstand l R = γ A Magnetischer Widerstand l Rm = µ µ A 0 r 143 Wie wird ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld abgelenkt? 144 Zählen Sie drei Anwendungen von Elektromagneten auf.

26 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN MAGNETISMUS REPETITIONSAUFGABEN 145 Was geschieht, wenn man einen stromdurchflossener Leiter durch ein Magnetfeld bewegt? 146 Was besagt die Lenz sche Regel?