Elektromagnete
Aufbau und Stärke des Elektromagneten
Woraus besteht ein Elektromagnet?
Ein Elektromagnet besteht aus einem Eisenkern und einer Spule (Drahtwindungen).
Wovon hängt die Stärke des Elektromagneten ab?
Die Magnetkraft wird bestimmt durch:
a) Die Verwendung eines Eisenkerns.
b) Die Windungszahl.
c) Durch die Stromstärke.
Magnetfeld eines Elektromagneten
Wickelt man den Leiter zu einer Spule, so entsteht ein ein Magnetfeld ähnlich wie bei einem Stabmagneten. Eine solche Spule besitzt einen Nord- und Südpol, der von der Stromrichtung bestimmt wird.
Dieses Magnetfeld wird stärker, wenn die Spule eine größere Windungszahl hat.
Oersted Versuch
Der dänische Physiker Oersted entdeckte, dass stromdurchflossene Leiter von einem Magnetfeld umgeben sind. Es wurde dadurch eine in der Nähe liegende Kompassnadel abgelenkt.
Fließt Strom durch eine Spule wird diese magnetisch und zieht ferromagnetische Stoffe wie Eisennägel an.
Die elektrische Klingel
Früher wurde an die Türen geklopft, mit der Faust oder mit einem Türklopfer. Dann setzten sich Türklingeln durch, die mit Seilzügen betrieben wurden und wie eine Kirchenglocke funktionierten. Durch das Ziehen am Seil wurde ein Klöppel oder Klingstab in Bewegung gesetzt, der an eine Glocke schlug. Es klingelte.
Die elektrische Klingel, so wie wir sie bis heute kennen, erfand Joseph Henry im Jahr 1831. Es war eine Glocke, die über eine elektronische Leitung über einen Abstand zum Klingeln gebracht werden konnte. Der Belgier Polydoor Lippens gilt als Erfinder der elektrischen Klingel mit einer Kontaktfeder. Ein wesentlicher Bestandteil einer elektrischen Klingel ist ein Elektromagnet. Oft gibt es Ausführungen mit zwei Elektromagneten ( Siehe Bild ). Fließt Strom so entsteht rund um den Elektromagnet ein magnetisches Feld.
Diese Magnetkraft zieht den Anker samt Klöppel und Kontaktfeder an.
Dadurch schlägt der Klöppel auf die Glockenschale.- Gleichzeitig aber wird durch die Anziehung zum Elektromagneten der Stromkreis unterbrochen, der Anker wird dadurch wieder losgelassen und federt zurück in die ursprüngliche Ausgangsstellung. Nun kann wieder Strom fließen und die Vorgänge wiederholen sich.
Das Relais
Ein Relais ist ein durch elektrischen Strom betriebener, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter mit in der Regel zwei Schaltstellungen. Das Relais wird über einen Steuerstromkreis aktiviert und kann weitere Stromkreise schalten. Schaltet man beim Steuerstromkreis ein, fließt Strom durch den Elektromagneten. Dies bewirkt, dass der Anker angezogen wird und dadurch der „Ankerbügel“ die Kontakte des Arbeitsstromkreises schließt (zusammendrückt). Dann fließt auch im Arbeitsstromkreis Strom. Ein Relais benötigt man, wenn man zum Beispiel in einer Fabrikshalle eine Maschine aus größerer Entfernung schalten möchte.- Der Vorteil besteht darin, dass man den Starkstrom nicht durch die ganze Fabrikshalle leiten muss.
Der Morseschreiber/Schreibtelegraf
Samuel Morse erfand 1837 den Morseapparat.
Der elektrische Schreibtelegraf besteht aus einem Elektromagneten mit beweglichem Anker, dessen Hebel auf einem vorübergeführten Papierstreifen Punkte und Striche erzeugt. Der Papierstreifen wird durch ein Uhrwerk gleichförmig fortbewegt. An dem freien Ende des Ankerhebels ist ein stählerner Stift, welcher, sobald der Anker von dem Elektromagnet angezogen wurde, auf dem zwischen zwei Walzen des Laufwerkes durchgezogenen Papierstreifen kürzere oder längere Eindrücke hinterließ. Je nachdem, ob die Taste nur einen Augenblick oder längere Zeit niedergedrückt wurde. Um größere Distanzen zwischen Telegrafen zu überbrücken, wurden Telegrafen-Relais eingesetzt.
Seit Ende des 19. Jahrhunderts werden Morseschreiber als Farbschreiber verwendet.
Weitere Anwendungen des Elektromagneten
Der Lasthebemagnet
Lasthebemagneten (Elektromagnete) können schwere ferromagnetische Gegenstände heben. Sie bestehen aus einer mächtigen Spule, die sich in einem Eisengehäuse befindet. Das Gehäuse ist so konstruiert, dass es selbst einen Teil des Eisenkerns der Spule darstellt. Meist besitzt es eine glatte Unterseite, die als Haftfläche dient.
Der Lasthebemagnet
Lasthebemagnet beim Verladen von Eisenblöcken.
Schrottplatz
Lasthebemagnet beim Verladen von Eisenschrott
Selbstgebauter Elektromagnet
Material: Batterie, Kabel, Eisennagel.
Wickle einen Draht um einen Eisennagel.
Schließe an eine Batterie an und teste, ob dein selbstgebauter Elektromagnet ferromagnetische Stoffe anzieht!
Ein Nadelgalvanometer
Das Nadelgalvanometer wurde 1826 vom Italiener Leopoldo Nobili erfunden.
Ein Nadelgalvanometer ist ein hochempfindliches Gerät zur Messung kleiner elektrischer Ströme. Im Inneren einer Spule sind zwei Magnetnadeln drehbar gelagert. Sie sind entgegengesetzt gepolt um das Erdmagnetfeld auszugleichen. Sie hängen an einem dünnen Torsionsfaden in der Spule.Wird die Spule von Strom durchflossen, so entsteht im Inneren ein magnetisches Feld. Dieses Magnetfeld lenkt die Nadel ab. Unter der Nadel ist die Skala angebracht. So kann die Stromstärke abgelesen werden. Nadelgalvanometer gibt es heutzutage nur mehr in Museen oder manchmal noch in der ein oder anderen Schule.
Spule mit Eisenkern
Fließt ausreichend Strom durch eine Spule zieht sie ferromagnetische Stoffe wie einen Eisenkern an.
Befindet sich der Eisenkern in der Spule steigt die Magnetkraft des Elektromagneten beträchtlich an.
Kohlrausch-Federamperemeter
Kohlrausch und Hartmann bauten 1882 in Deutschland erstmals ein Federamperemeter. Dem vorausgegangen sind Versuche von Hartmann mit einer Stromwaage. Es wurde die Mechanik einer Briefwaage übernommen. Federamperemeter zählen zu den ersten und einfachsten galvanischen Messgeräten die erfunden wurden. Sie werden heutzutage nicht mehr verwendet.- Die Erfindung war aber Grundlage für die Weiterentwicklung hochwertiger Amperemeter. Fließt elektrischer Strom, wird ein Eisenkern in die Spule gezogen. Umso mehr desto höher die Stromstärke ist. Ein Zeiger zeigt die Messwerte auf einer Skala an.
