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[quote="Thorben"]Hallo Steffen, ich danke für die Erleuchtung. Es wird immer von der Innenfläche der Spule gesprochen, demnach müsste doch auch die Höhe der Spule (10 cm) relevant sein. Dann verschiebt sich das Ergebnis um eine 10erPotenz und es sind nur noch 500V bei 28 Ampere. ????? Du schreibst, dass der fallende Stab seine Geschwindigkeit erhöht. Es findet also keinerlei Umwandlung der kinetischen Energie statt? Das verstehe ich nicht, da doch die Zeit durchaus eine Rolle spielt und innerhalb der Spule doch Verhältnisse ähnlich der Aluröhre bei Versuchen zu Lentzschen Regel auftreten müssten.??? Die Berechnungen hier gehen bisher immer von B= 1 Tesla aus. Auch wenn ich bei Google schaue finde ich Neodymmagneten im Bereich von 0,75 T - 1,5 T. Das muss doch aber auch einen Bezug zur Fläche oder Masse des Magneten haben? Sonst würde es ja ausreichen, wenn ich einen sehr dünnen Magneten mit großer Fläche auf die Grundfläche eines Plastikzylinders klebe. Die Ein-, und Austrittszeit bliebe damit gleich und B geht weiterhin mit 1 Tesla in die Berechnung ein. Bei Generatoren ist der Luftspalt ein großes Thema. Warum hier nicht? In einem anderen Beitrag soll für eine Schüttellampe eine Kugel statt eines magnetischen Zylinders verwendet werden. Dort steht auch, dass dann ein Gleichrichter dazwischen geschaltet werden muss um die Polarität sicher zu stellen und damit die umgewandelte Energie nutzbar zu machen. Würde denn eine gleich große Kugel (ø 10cm) bei gleicher Geschwindigkeit (v=10m/s) und gleicher Permeabilität zu demselben Ergebnis führen wie der Zylinder von oben? Wenn ich die Spulenanzahl nun auf 50 erhöhe, die Beschleunigung außeracht lasse und die Spulen im Abstand von z.B. 5mm anbringe, lässt sich dann auch 50 x soviel Energie umwandeln, also Strom erzeugen? Grüße Torben[/quote]
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Thorben
Verfasst am: 10. Jun 2024 16:45
Titel:
Ich danke dir
Steffen Bühler
Verfasst am: 10. Jun 2024 16:42
Titel:
Hier geht es um die "wirksame Fläche", und das ist der Spulen
querschnitt
, nicht die Innenfläche der Spule. In
diesem Bild
ist es die gepunktete Fläche, genannt "cross sectional area".
Thorben
Verfasst am: 10. Jun 2024 16:23
Titel:
π = PI
Thorben
Verfasst am: 10. Jun 2024 16:22
Titel:
Einen hab ich noch….
Danke für deine Geduld und deine Antworten aber ich komme mit
(5,5cm) 2 x π ≈ 0,01 m2 nicht klar. Es handelt sich hier doch um eine Röhre, bzw. die Innenseite der Spule und dafür ist die Formel A=U x h, U ist d x π und das ergibt: 11 cm x π x 10 cm = 345 cm2 bzw. 0,03456 m2
Oder habe ich nen Balken vorm Kopf?
Daraus folgt: 5.000 x 0,03456 x 1 / 0,01 = 17.280 V
17.280 V / 18 Ω = 960 A 17.280 V x 960 A x 0,01 s = 165.888 Joule
165.888 Joule / 3.600 = 46 Wh
Beste Grüße Torben
Steffen Bühler
Verfasst am: 09. Jun 2024 18:24
Titel:
Ja, wie gesagt, die Höhe der Spule bestimmt, wie schnell der eintauchende Magnet die Flussdichte aufs Maximum erhöht. Ich habe mit Deinen 10cm gerechnet, dann ist der Magnet (Kugel, Stab oder was auch immer) eben nach 0,01 Sekunden voll eingetaucht. Nur in dieser Zeit ändert sich die Flussdichte und es entsteht eine Spannung.
Die Energie ist in der Tat W= UIt, das kannst Du dann von der kinetischen Energie abziehen. Dass der Magnet auf Null abgebremst wird, kann ich mir nicht vorstellen, habe es aber auch nicht nachgerechnet. Mehr Spulen, durch die der Magnet hintereinander durchfällt, werden in der Tat jeweils zeitlich hintereinander einen Spannungspuls erzeugen.
Die Masse und Fläche spielt keine Rolle, nur die Flussdichteänderung. Der Luftspalt sollte am besten Null sein, wieviel er ausmacht, weiß ich nicht.
Thorben
Verfasst am: 09. Jun 2024 17:54
Titel:
Hallo Steffen,
ich danke für die Erleuchtung.
Es wird immer von der Innenfläche der Spule gesprochen, demnach müsste doch auch die Höhe der Spule (10 cm) relevant sein. Dann verschiebt sich das Ergebnis um eine 10erPotenz und es sind nur noch 500V bei 28 Ampere. ?????
Du schreibst, dass der fallende Stab seine Geschwindigkeit erhöht. Es findet also keinerlei Umwandlung der kinetischen Energie statt? Das verstehe ich nicht, da doch die Zeit durchaus eine Rolle spielt und innerhalb der Spule doch Verhältnisse ähnlich der Aluröhre bei Versuchen zu Lentzschen Regel auftreten müssten.???
Die Berechnungen hier gehen bisher immer von B= 1 Tesla aus. Auch wenn ich bei Google schaue finde ich Neodymmagneten im Bereich von 0,75 T - 1,5 T. Das muss doch aber auch einen Bezug zur Fläche oder Masse des Magneten haben? Sonst würde es ja ausreichen, wenn ich einen sehr dünnen Magneten mit großer Fläche auf die Grundfläche eines Plastikzylinders klebe. Die Ein-, und Austrittszeit bliebe damit gleich und B geht weiterhin mit 1 Tesla in die Berechnung ein.
Bei Generatoren ist der Luftspalt ein großes Thema. Warum hier nicht?
In einem anderen Beitrag soll für eine Schüttellampe eine Kugel statt eines magnetischen Zylinders verwendet werden. Dort steht auch, dass dann ein Gleichrichter dazwischen geschaltet werden muss um die Polarität sicher zu stellen und damit die umgewandelte Energie nutzbar zu machen. Würde denn eine gleich große Kugel (ø 10cm) bei gleicher Geschwindigkeit (v=10m/s) und gleicher Permeabilität zu demselben Ergebnis führen wie der Zylinder von oben?
Wenn ich die Spulenanzahl nun auf 50 erhöhe, die Beschleunigung außeracht lasse und die Spulen im Abstand von z.B. 5mm anbringe, lässt sich dann auch 50 x soviel Energie umwandeln, also Strom erzeugen?
Grüße Torben
Steffen Bühler
Verfasst am: 08. Jun 2024 21:27
Titel:
Ich bin kein Praktiker, kann also nur die theoretischen Fragen beantworten.
Wenn sich der magnetische Stab mit 10 m/s durch die 10 cm tiefe Spule bewegt, wird er die Flussdichte beim Eintritt dort innerhalb von 0,01 Sekunden von 0 auf 1 Tesla anheben, beim Austritt dann entsprechend von 1T auf Null.
Da der Stab fällt, erhöht sich natürlich seine Geschwindigkeit, das habe ich jetzt mal nicht eingerechnet.
Da die Spule einen Innendurchmesser von 11cm hat, ist ihre Fläche
, der Luftspalt sollte keine nennenswerte Rolle spielen.
Das ergibt bei 5000 Windungen eine Induktionsspannung von 5000 Volt beim Eintritt. Danach Null, beim Austritt dann -5000 Volt.
Der Strom, der dann fließt, wird vom ohmschen Widerstand der Spule begrenzt. Bei Deinen genannten 21cm mittlerem Durchmesser und 5000 Windungen komme ich auf eine Drahtlänge von etwa 3300 Metern. Mit dem gegebenen Querschnitt von etwa 3mm^2 ergibt sich bei Kupfer dann etwa 18 Ohm, somit bei 5000V knapp 280 Ampere Kurzschlussstrom. Ein Verbraucher begrenzt den Strom natürlich weiter.
Thorben
Verfasst am: 08. Jun 2024 16:30
Titel: Magnetismus, Induktion
Vielen Dank für die schnelle Antwort.
Mal schauen ob ich das jetzt begriffen habe.
Beispielrechnung: Magnetstab l= 1 Meter, Durchmesser = 10 cm, v= 10m/s
Spulenhöhe = 10 cm, Durchmesser = 11 cm, Spulenaußendurchmesser 31 cm
Drahtstärke = 2 mm = Windungszahl demnach N = 5.000, B = 1 Tesla
t = Mantelfläche = 0,11m x π x 0,1m = 0,03456m2
Spulenein-, bis Spulenaustritt des Stabkopfes = 0,01 s
Spulenein-, bis Spulenaustritt des gesamten Stabs = 0,1 s
1) Was gilt also für die Berechnung?
U = NBA/t = 5.000 x 1T x 0,03456 m2 / 0,005 s = 34.560 V
oder
U = NBA/t = 5.000 x 1T x 0,03456 m2 / 0,05 s = 3.456 V
2) Welche Rolle spielt hier der Luftspalt?
3) Wird der fallende Stab beim Passieren der Spule abgebremst?
W = U x I x t
4) Ist t in diesem Fall nur der Eintritt? Der Ein-, und Austritt oder das Passieren der Spule?
5) Wo kriege ich jetzt noch die Ampere her?
Wenn ich bei Google schaue gibt es wohl schon einen Zusammenhang in Bezug auf die Permeabilität und der Masse des (Neodym)Magneten. Oder liege ich hier falsch?
6) Wenn mein Magnetstab komplett aus Neodym besteht, hat er dann nicht mehr Tesla als ein Stab der zur Hälfte aus Eisen besteht und dem halben Neodymmagneten nur anhaftet?
Danke für die Aufklärung
Torben
Steffen Bühler
Verfasst am: 03. Jun 2024 19:39
Titel:
Willkommen im Physikerboard!
Wenn die Röhre zylindrisch ist, sollte der Magnet das auch sein. Material mit möglichst hoher Permeabilität, z.B. Neodym. Masse ist egal. Die Röhre kann natürlich unterbrochen sein, wo die Spule ist, oder drumrum bleiben. Die Flussdichte B des Magneten ist das Entscheidendste hier, die bestimmt die induzierte Spannung U=NBA/t. A ist die Innenfläche der Spule, durch die der Magnet fällt, N die Windungszahl der Spule.
Also bei 10m/s und Spulenhöhe 0,01m fällt der Magnet (z.B. mit B=1 Tesla) in 0,001s durch die Spule durch, also ändert sich das Magnetfeld in der ersten halben Millisekunde um 1T, in der zweiten um -1T. Den Rest kannst Du selber ausrechnen.
Viele Grüße
Steffen
Thorben
Verfasst am: 03. Jun 2024 17:44
Titel: Magnetismus, Induktion
Meine Frage:
Hallo Gemeinde der Wissenden,
mein Name ist Torben, ich bin 23 und habe von Elektrotechnik / Magnetismus keine Ahnung. Das soll aber nicht so bleiben und daher hoffe ich auf die Klärung von einigen Grundsatzfragen wo Google nicht weiterhilft.
Also ?. um die Faktoren Reibung, Luftwiderstand usw. auszuschließen soll angenommen werden, dass ein magnetischer Körper durch eine nichtmagnetische Röhre fällt. Eine Kugel ist nach meinem Verständnis nicht so ideal, weil sich das Magnetfeld von den Polen aus ausbreitet und sich dieses durch die unkontrollierte Bewegung der Kugel demnach ständig ändert?! Um diese Röhre ist eine Kupferspule die durch Induktion elektrische Energie abgeben soll.
Meine Ideen:
1. Gibt es eine ideale Form für den magnetischen Körper?
2. Gibt es ein ideales Material für den magnetischen Körper?
3. Welche Rolle spielt das Gewicht / die Masse des fallenden Körpers?
4. Wirkt es sich aus, wenn im Bereich der Spule die Röhre unterbrochen ist, damit der Körper möglichst dicht an der Innenseite der Spule vorbeifällt?
5. Bzw. wie wirkt sich in diesem Bereich die Röhrenwandung aus?
6. Spielt die magnetische Flussdichte eine Rolle?
7. Wenn ja, wie ist das ideale Verhältnis zwischen Flussdichte, Masse, Größe und Leistung der Spule?
8. Nimmt die Geschwindigkeit des fallenden Körpers im Bereich der Spule ab?
9. Falls ja, kann der fallenden Körper so auf 0 abgebremst werden?
10. Wie wirkt es sich aus, wenn mehrere Spulen untereinander installiert werden?
11. Macht es einen Unterschied, wenn statt einer Spule z.B. 4 Spulen mit je einem Viertel der Leistung der einzelnen Spule installiert werden?
12. Macht es einen Unterschied, ob der fallenden Körper magnetisch ist oder ihm lediglich ein Magnet anhaftet?
13. Wenn die Proportionen geändert werden, ändern sich die Parameter im selben Verhältnis? Also z.B. Masse neu = 2x Masse alt = auch 2x induzierte Energie?
14. Wie wirkt es sich aus, wenn die Spulen so installiert werden, dass sich die Magnetfelder eben überlappen bzw. eben nicht?
15. Besteht ein Zusammenhang zwischen der Masse des fallenden Körpers und der Masse(n) der Spule(n)?
16. Bitte ein konkretes Beispiel für Dummies. Z.B. Fallender Körper 1 KG, Größe? Geschwindigkeit beim Eintritt in die Spule 10M/s usw.
Ich bedanke mich ganz dolle für Antworten.