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Wie berechnet man die Hubkraft eines Hufeisenelektromagneten
 
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DerFischmensch



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 1

Beitrag DerFischmensch Verfasst am: 17. Okt 2016 17:41    Titel: Wie berechnet man die Hubkraft eines Hufeisenelektromagneten Antworten mit Zitat

Meine Frage:


Weiß jemand, wie man die Hubkraft eines eines Hufeisenelektromagneten ausrechnet? Folgende Daten sind vorhanden:

Geblätterter Eisenkern(mitllere Länge 34cm) Spannung: 5,6V DC Stromstärke: 7,7 A Anzahl der Wicklungen ca. 405 Wicklungen Länge des Kupferdrahtes: 70,29m Querschnitt des Eisenkerns(12 cm² pro Seite) Draht: Kupferdraht, Durchmesser= 1mm, Querschnitt = 0,75 mm² Luftspalt: 2*0,2mm Magnetische Flussdichte: ca. 0,3 Tesla

Der Magnet hebt ungefähr 110 Kilogramm(relativ ungenau gemessen, mit 2 Personen als Gewicht)

Vielen Dank schon mal im Vorraus!


Meine Ideen:
Wir haben bereits mit dieser Formel versucht die Kraft auszurechnen, jedoch ohne Erfolg: http://www.energie.ch/maxwellkraft (Hubkraft war komischerweise 1,4 Tonnen)
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 17:56    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch hat Folgendes geschrieben:
(Hubkraft war komischerweise 1,4 Tonnen)


Nun sind 1,4 t zwar keine Kraft, sondern eine Masse, aber sei's drum.

Die magnetische Induktion ist ja wohl vorgegeben. Dann lässt sich die Kraft doch einfach mit



berechnen. Allerdings kommt dabei eine deutlich geringere Kraft heraus, nämlich lediglich 86N, was einer Masse von knapp 9kg entspricht. Irgendwas kann an Deinen Angaben also nicht stimmen.

Aber vielleicht stelle ich mir ja eine ganz andere Anordnung vor. Kannst Du die mal skizzieren.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 18:20    Titel: Antworten mit Zitat

So hab mir jetzt nen Account gemacht, war nur als Gast angemeldet.
Hier ist das Bild:
http://www.mediafire.com/view/bkbr1ou0sry613c/magnet.png[/url]
Musst etwas ranzoomen, sorry smile
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 18:25    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Hier ist das Bild:


Da ist nix drauf zu erkennen.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 18:43    Titel: Antworten mit Zitat

Ist denn wenigstens die relative Permeabilität des Eisens gegeben oder liegt eine Magnetisierungskennkinie für das verwendete Material vor, damit sich die von Dir angegebene Flussdichte von 0,3T überprüfen lässt?
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 18:49    Titel: Antworten mit Zitat

So, ich hoffe man erkennts jetzt smile

http://www.mediafire.com/view/5pp1yvmehth0f3k/aaa.png[/url]
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 18:50    Titel: Antworten mit Zitat

Ist ein Fe-Si Kern, der müsste eine Permeabilität von 6000 haben.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 19:10    Titel: Antworten mit Zitat

Habe mit dieser Formel die Flussdichte ausgrechnet:
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 19:20    Titel: Antworten mit Zitat

Deine Angaben stimmen hinten und vorn nicht. Wie kommst Du beispielsweise auf einen Strom von 7,7A. Die Abmessungen des Kupferleiters sind doch gegeben, und die Leitfähigkeit von Kupfer sollte bekannt sein. Dann lässt sich der Strom leicht mit dem ohmschen Gesetz ermitteln. Aber selbst mit dem so ermittelten geringeren Strom und der von Dir vorgegebenen relativen Permeabilität ist die Induktion deutlich größer als 0,3 T und ganz offensichtlich weit im Bereich der Sättigung, so dass mit der gegbenen Permeabiltät nichts anzufangen ist.

Wie lautet denn der originale Aufgabentext ohne eigene Hinzufügungen?
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 19:25    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist keine Aufgabe, das würde ich gerne einfach so wissen smile
Und die 7,77 Ampere habe ich mit einem Multimeter gemessen, die müssten also richtig sein.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 19:28    Titel: Antworten mit Zitat

Auf welchen Wert kommst du denn bei der Flussdichte?
das Eisen kann max. 1,5 Tesla "aufnehmen"
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 19:33    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Habe mit dieser Formel die Flussdichte ausgrechnet:


Die ist falsch. Was hast Du denn für µ und l eingesetzt? Immerhin besteht der Eisenkreis aus Eisen und Luftspalt(en).

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Und die 7,77 Ampere habe ich mit einem Multimeter gemessen, die müssten also richtig sein.


Dann stimmen Deine Angaben zum Kupferleiter nicht.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 19:41    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Auf welchen Wert kommst du denn bei der Flussdichte?


Jedenfalls deutlich höher als 0,3T.

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
das Eisen kann max. 1,5 Tesla "aufnehmen"


Bei 1,5T kannst Du die Kraft doch leicht mit der in meinem ersten Beitrag genannten Formel ausrechnen oder auch ohne Rechnung im Kopf zu ca. 2200N abschätzen.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 19:47    Titel: Antworten mit Zitat

Für --->
(Das -6 ist der Exponent von 10)
Und für I ---> 8A (hab gerundet)

Und die 2200N stimmen ja nicht?

Fehlt vor der von dir genannten Formel nicht noch ein
Weil auf der Seite mit der Formel die nicht funktioniert hat stand dass man das weglassen kann, da nur die Fläche (A) der einen Seite benutzt wird.

Oder doch nicht, die 2200N bekommt man ja mit A = 0,0012 raus.

Außerdem wird in deiner Formel doch der Luftspalt nicht beachtet?

Willkommen im Physikerboard!
Du hast Dich hier mit zwei Accounts angemeldet. Der User DerFischmensch wird daher demnächst gelöscht.
Viele Grüße
Steffen
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 20:11    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
...
Und die 2200N stimmen ja nicht?


Wer sagt das? Das ist das, was bei einer Induktion von 1,5T und zwei Flächen, auf die die Kraft wirkt, von je 12cm² schätzungsweise herauskommt. Bei der von Dir eingangs angegebenen Flussdichte von 0,3T kommen allerdings nur ca. 85N heraus.

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Fehlt vor der von dir genannten Formel nicht noch ein


Nein, denn auf jede der beiden Flächen wirkt eine Kraft von



also insgesamt die Kraft



DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Weil auf der Seite mit der Formel die nicht funktioniert hat stand dass man das weglassen kann, da nur die Fläche (A) der einen Seite benutzt wird.


Das ist dort sehr missverständlich und meiner Meinung nach sogar falsch formuliert. Fest steht jedenfalls, dass die Kraft auf eine Grenzfläche Eisen/Luft gerade die Energiedichte in Luft mal Fläche ist, wie sich leicht mit dem "Trick" der virtuellen Verschiebung nachweisen lässt. Und die Energiedichte im Magnetfeld ist nun mal


mit
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 20:16    Titel: Antworten mit Zitat

Aber die 2200N stimmen ja nicht, weil der Test hat ja ungefähr 120 kg ergeben und nicht 220 kg

Und wenn man die ausrechnet mit B = 1,5T und der Konstante von oben kommt das raus:

Und wäre dann
(B = 1,5T und H= 1193697,278, eingesetzt in die Formel.)
Das heißt es wären dann 1611 Joule.
Und die Kraft wäre 220 kg bzw 2200 N.
Wenn ich nur 1,2T einsetze wären es dann nurnoch ca. 1400 N was auch passen könnte, ich rechne nochmal nach.
Ich werde den Versuch dann nochmal wiederholen,vielleicht gab es irgendwo zu viel Reibung etc.

Vielen Dank für deine Hilfe! smile
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 21:11    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Aber die 2200N stimmen ja nicht, weil der Test hat ja ungefähr 120 kg ergeben und nicht 220 kg


Dann ist halt die Flussdichte geringer. 1,5T sind für jedes herkömmliche Magnetblech sowieo sehr hoch und weit im Bereich der Sättigung. Realistisch ist eine maximale Flussdichte von ca. 1,1 T. Das passt zwar alles nicht zu Deinen Angaben, aber wie verlässlich sind die denn, wenn schon die Messung des Stromes nicht mit den Daten des Kupferleiters übereinstimmt?

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Und wenn man die ausrechnet mit B = 1,5T und der Konstante von oben kommt das raus:

Und wäre dann


Und was willst Du damit sagen? Warum diese fürchterliche (und dann auch noch falsche) Rumrechnerei? Und das auch noch ohne Einheiten! Die Energiedichte in Luft ist



Basta! Und wenn Du die mit den beiden Luftspaltflächen multiplizierst, erhältst Du bei 1,5T eine Kraft von 2148 N (meine Kraftangabe von 2200N war ja nur eine Abschätzung ohne Rechnung; soagar eine ziemlich gute Schätzung, finde ich).

Wenn Du mal zurückrechnest, dann muss bei einer Tragkraft von knapp 1200N die Luftspaltinduktion etwa



betragen. Das geht zwar aus Deinen Daten nicht hervor, aber wie bereits angedeutet, passen die sowieso nicht. Da hast Du irgendwas falsch gemessen oder interpretiert.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 21:22    Titel: Antworten mit Zitat

Wusste nicht dass die oben genannte Formel von
nicht für Luft ist, sorry
Und ja, bei der Rechnung mit B ist irgendwas falsch gelaufen, im Netz findet man nichts wirklich verständlich erklärtes (bin 9. Klasse Realschule, Lehrer konnte auch nicht wirklich helfen, und auf Wikipedia ists kompliziert), und deshalb frage ich ja hier.
Ja, deine Abschätzung war excellent.
Die 1,1 Tesla werden dann wohl stimmen.
Nochmals danke und schönen Abend noch smile
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 21:24    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Wusste nicht dass die oben genannte Formel von
nicht für Luft ist, sorry


Doch. Die gilt nur für Luft. Sonst stünde da ja nicht µ0, sondern µ0*µr.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 21:27    Titel: Antworten mit Zitat

Warum hast du dann unten nochmal eine andere geschrieben?
Das Blech ist übrigens ein Transformatorblech, also kein herkömmliches.


Zuletzt bearbeitet von DerFischmensch1 am 17. Okt 2016 21:36, insgesamt einmal bearbeitet
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Okt 2016 21:35    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Warum hast du dann unten nochmal eine andere geschrieben? Ist die untere dann fürs Eisen?


Wo habe ich denn unten eine andere Formel für die Energiedichte in Luft geschrieben. Ich habe immer nur geschrieben



Verwechselst Du da irgendwas?
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 21:38    Titel: Antworten mit Zitat

Weiter oben steht w= 1/2 *B*H
Oder ist das das gleiche?
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 17. Okt 2016 21:43    Titel: Antworten mit Zitat

Beim Widerstand habe ich übrigens (Mit dem Multimeter) ca. 0,65 Ohm gemessen (Von der Spule), worauf man mit den ca. 8 Ampere und ca, 5,5 Volt relativ genau kommt.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 13485

Beitrag GvC Verfasst am: 18. Okt 2016 03:14    Titel: Antworten mit Zitat

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Weiter oben steht w= 1/2 *B*H
Oder ist das das gleiche?


Ja natürlich ist das dasselbe. Das habe ich Dir ja sogar "vorgerechnet". Denn in Luft ist



Wenn Du das in



einsetzt, ergibt das



Ist das wirklich nicht zu verstehen?

DerFischmensch1 hat Folgendes geschrieben:
Beim Widerstand habe ich übrigens (Mit dem Multimeter) ca. 0,65 Ohm gemessen (Von der Spule),


... was aber nach den ebenfalls von Dir gegebenen Daten der Kupferleitung (Länge, Durchmesser) nicht übereinstimmt.
DerFischmensch1



Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 13

Beitrag DerFischmensch1 Verfasst am: 18. Okt 2016 09:16    Titel: Antworten mit Zitat

Doch, jetzt habe ichs verstanden.
Beim Kupferdraht wird dann wohl die Länge (70,29m) nicht genau stimmen,
hatte nur den Durchschnitt errechnet, aber hat sich ja jetzt geklärt.
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