Elektromagnetismus

Die Entdeckung der Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität war, wie so viele andere wissenschaftliche Entdeckungen, fast zufällig. Der dänische Physiker Hans Christian Oersted hielt eines Tages im Jahr 1820 einen Vortrag über die Möglichkeit Elektrizität und Magnetismus in Beziehung zueinander gesetzt und dabei vor seiner ganzen Klasse experimentell nachgewiesen!

Indem er einen elektrischen Strom durch einen über einem Magnetkompass aufgehängten Metalldraht leitete, konnte Oersted eine bestimmte Bewegung der Kompassnadel als Reaktion auf den Strom erzeugen. Was zu Beginn des Unterrichts als Vermutung begann, wurde am Ende als Tatsache bestätigt. Natürlich musste Oersted seine Skripte für zukünftige Lehrveranstaltungen überarbeiten! Seine zufällige Entdeckung ebnete den Weg für einen ganz neuen Wissenschaftszweig:Elektromagnetik.

Detaillierte Experimente zeigten, dass das durch einen elektrischen Strom erzeugte Magnetfeld immer senkrecht zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Eine einfache Methode, diese Beziehung zu zeigen, heißt Rechte-Hand-Regel . Einfach ausgedrückt besagt die Rechte-Hand-Regel, dass die magnetischen Flusslinien, die von einem stromdurchflossenen Draht erzeugt werden, in die gleiche Richtung ausgerichtet sind wie die gekräuselten Finger der rechten Hand einer Person (in der Position „Per Anhalter“), wobei der Daumen nach innen zeigt die Richtung des konventionellen Stromflusses:

Das Magnetfeld umgibt dieses gerade Stück stromdurchflossenen Drahtes; die magnetischen Flusslinien haben keine eindeutigen „Nord“- oder „Süd“-Pole.

Das Magnetfeld, das einen stromdurchflossenen Draht umgibt, ist zwar interessant, aber für übliche Stromstärken ziemlich schwach, kann eine Kompassnadel ablenken und nicht viel mehr. Um eine stärkere magnetische Feldkraft (und folglich mehr Feldfluss) mit der gleichen Menge an elektrischem Strom zu erzeugen, können wir den Draht in eine Spulenform wickeln, in der sich die kreisenden Magnetfelder um den Draht verbinden, um ein größeres Feld mit a . zu erzeugen eindeutige magnetische (Nord- und Süd-) Polarität:

Die von einem gewickelten Draht erzeugte magnetische Feldkraft ist proportional zum Strom durch den Draht multipliziert mit der Anzahl der „Windungen“ oder „Windungen“ des Drahtes in der Spule. Diese Feldkraft wird als magnetomotorische Kraft bezeichnet (mmf) und ist der elektromotorischen Kraft (E) in einem Stromkreis sehr ähnlich.

Ein Elektromagnet ist ein Stück Draht, das dazu bestimmt ist, beim Durchgang von elektrischem Strom ein magnetisches Feld zu erzeugen. Obwohl alle stromdurchflossenen Leiter Magnetfelder erzeugen, ist ein Elektromagnet normalerweise so konstruiert, dass er die Stärke des von ihm erzeugten Magnetfelds für einen speziellen Zweck maximiert. Elektromagnete finden häufige Anwendung in Forschung, Industrie, Medizin und Konsumgütern.

Als elektrisch steuerbarer Magnet finden Elektromagnete in einer Vielzahl von „elektromechanischen“ Geräten Anwendung:Maschinen, die durch elektrische Energie mechanische Kraft oder Bewegung bewirken. Das vielleicht offensichtlichste Beispiel für eine solche Maschine ist der Elektromotor .

Ein weiteres Beispiel ist das Relais , ein elektrisch gesteuerter Schalter. Wenn ein Schaltkontaktmechanismus so gebaut ist, dass er durch Anlegen eines Magnetfelds betätigt (geöffnet und geschlossen) werden kann, und eine elektromagnetische Spule in unmittelbarer Nähe platziert wird, um dieses erforderliche Feld zu erzeugen, ist es möglich, sich zu öffnen und zu schließen den Schalter durch Anlegen eines Stroms durch die Spule. Im Endeffekt erhalten wir dadurch ein Gerät, das es ermöglicht, Elektrizität zu kontrollieren:

Relais können so konstruiert werden, dass sie mehrere Schaltkontakte betätigen oder sie „umgekehrt“ betreiben (durch Erregen der Spule wird öffnen den Schaltkontakt, und das Abschalten der Spule lässt sie wieder zu.

RÜCKBLICK:

• Wenn Strom durch einen Leiter fließt, wird um diesen Leiter herum ein Magnetfeld erzeugt.
• Die Rechte-Hand-Regel besagt, dass die magnetischen Flusslinien, die von einem stromdurchflossenen Draht erzeugt werden, in die gleiche Richtung wie die gekräuselten Finger der rechten Hand einer Person (in der „Tramper“-Position) ausgerichtet sind, wobei der Daumen nach innen zeigt die Richtung des konventionellen Stromflusses.
• Die von einem stromdurchflossenen Draht erzeugte magnetische Feldkraft kann stark erhöht werden, indem der Draht zu einer Spule statt einer geraden Linie geformt wird. Bei Spulenform wird das Magnetfeld entlang der Längsachse der Spule ausgerichtet.
• Die von einem Elektromagneten erzeugte magnetische Feldkraft (sogenannte magnetomotorische Kraft , oder mmf), ist proportional zum Produkt (Multiplikation) des Stroms durch den Elektromagneten und der Anzahl der vollständigen Spulenwindungen, die durch den Draht gebildet werden.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für mittleren Elektromagnetismus und elektromagnetische Induktion
• Grundlegendes Arbeitsblatt zu Elektromagnetismus und elektromagnetischer Induktion