Von der Leiterschleife zur Spule.
Checkliste:
Auf der letzten Seite hast du etwas über die Leiterschleife und ihr
Magnetfeld gelernt.
Bevor du diese Seite durcharbeitest, solltest du wissen,
- wie das Magnetfeld einer Leiterschleife verläuft,
- wie man das einfach zweidimensional darstellen kann,
- warum die Leiterschleife sich wie ein kleiner Stabmagnet verhält.
Wenn du dir hier nicht sicher bist, sieh' dir die letzte Seite zur Leiterschleife noch einmal an!
1) Eine Leiterschleife kommt selten allein...
In der Praxis hat man es meist mit Spulen zu tun. Sie entstehen, wenn man
den Draht einfach weiterwickelt. Man hat dann viele Leiterschleifen auf
einmal.
Im Foto sieht man links eine Spule und rechts deren Magnetfeldverlauf, wenn man
von oben auf die Acrylglasplatte blickt.
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N.B.:
Hast du dich bei Spulen auch schon einmal gefragt, warum die Elektronen brav
den Weg durch den ganzen Spulendraht wählen, obwohl das Kupfer so
schön blank aussieht und sie doch auch von einer Windung auf die
nächste übergehen können?
Das täuscht, der Draht ist nicht blank sondern lackiert und der Lack
isoliert wie ein Kunststoffmantel, man nennt das
Kupferlackdraht.
2) Der Feldverlauf wird vereinfacht.
| Kann man den Verlauf des Magnetfeldes der einzelnen Leiterschleifen nicht
zu einem Gesamtmagnetfeld zusammenfassen? Man kann! Wir nehmen nun noch zwei Vereinfachungen vor: |
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| 1) Was würde ein Probenordpol an der Stelle (a) machen?
Also macht er gar nichts! Die beiden Felder zwischen den Windungen heben sich auf, auch an allen anderen, ähnlichen Stellen. Was entsteht, siehst du rechts. |
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| 2) Nun "glätten" wir noch den Feldverlauf im Inneren der Spule. Das ist vor allem sinnvoll, wenn die einzelnen Leiterwindungen eng beieinander liegen. In diesem Fall wird dann der Feldverlauf praktisch parallel. Es ergibt sich im Inneren also ein homogenes Magnetfeld. | 
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3) Die Spule, ein besonders kräftiger Stabmagnet.
| Jede Leiterschleife alleine ist ein kleiner Stabmagnet. Ordnet man immer mehr Leiterschleifen nebeneinander an, so verstärkt sich das Magnetfeld, weil immer mehr von diesen "Stabmagneten" zusammenwirken. Man kann sie sich schließlich zu einen einzigen starken Stabmagneten zusammengesetzt denken. Das Magnetfeld einer Spule ist daher stärker als das Magnetfeld einer Leiterschleife. |
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4) Eisen in der Spule macht das Magnetfeld noch stärker!
Fügt man einen Eisenkern in eine Spule ein, so kann man damit das Gesamtfeld der Spule noch einmal verstärken
| Ohne Strom - kein Magnetfeld Elementarmagnete ungeordnet |
Mit Strom - Magnetfeld in Spule und Eisenkern Elementarmagnete geordnet |
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| Zunächst ist die Spule ausgeschaltet, es fließt kein Strom
(Leiter grau). Daher gibt es auch kein Magnetfeld. Die Elementarmagnete im Eisenkern sind völlig durcheinander orientiert. Das Eisen wirkt daher nicht wie ein Magnet |
Nun wird eingeschaltet und die Spule ist von einem Strom durchflossen
(Leiter rot). Nun entsteht ein Magnetfeld in der Spule (blau) In diesem Feld richten sich die Elementarmagnete aus, das Eisen wirkt nun zusätzlich wie ein Magnet. Beide Magnetfelder verstärken sich. |
5) Anwendungen
Elektromagnete haben den Vorteil, dass man den Magnetismus nach Belieben
ein- und ausschalten kann, das geht mit Dauermagneten natürlich nicht!
Außerdem kann man die Stärke des Magneten beeinflussen: je mehr
Windungen zusammenwirken und je größer der Strom in den Windungen
ist, um so kräftiger wird das Magnetfeld.
Hubmagnete
Das folgende Video zeigt ein Schulexperiment zum Hubmagneten. Er zieht hier kleine Nägel und andere Eisenteile regelrecht in sein Inneres. Hier wurde noch nicht einmal ein Eisenkern benutzt.
Solche Hubmagnete verwendet man z.B. auf Schrottplätzen zum Sortieren von Autowracks oder in der Müllverbrennungsanlage zum Aussortieren von Eisenteilen im Müll. Mit den meisten anderen Metallen (z.B. Kupfer oder Aluminium) klappt das leider nicht, denn sie reagieren nicht auf Magnete.
Relais:
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Klassische Türklingel / Wagnerscher Hammer:
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