Magnetische Feldstärke
Um eine bewegte Ladung (bei elektrischen Maschinen ein stromführender Leiter) bildet sich ein Magnetfeld. Das Integral der magnetischen Feldstärke über eine geschlossene Kurve ergibt die magnetische Durchflutung und ist gleich gross wie die Summe der durch die Schlaufe fliessende Anzahl Ströme.
Magnetische Flussdichte
Im vom magnetischen Feld durchdrungenen Raum entsteht eine magnetische Flussdichte, welche proportional zur Stärke der magnetischen Feldstärke ist. Die magnetische Permeabilität ist eine materialabhängige. Bei den meisten Stoffen ist die Permeabilität wie im Vakuum. Vor allem bei Eisen ist die relative Permeabilität erheblich grösser. Das Verhältnis der magntischen Flussdichte zur magnetischen Feldstärke wird mit Magnetisierungskennlinien dargestellt, wobei der Effekt der Sättigung besonders zu beachten ist. Im Elektroblech beträgt die maximale magnetische Flussdichte 1.8 T (Tesla), bei Spezialblechen bei 2.2 T.
Der magnetische Kreis
Wie einen elektrischen Kreis gibt es auch einen magnetischen Kreis. Die Spannung entspricht der Durchflutung, der Strom entspricht dem magnetischen Fluss. Das Eisen hat im Magnetkreis die gleiche Aufgabe wie die Kabel im Elektrokreis. Der grosse Spannungsabfall erfolgt im Elektrokreis zum Beispiel über eine Glühlampe, bei einer elektrischen Maschine ist es der Luftspalt, wobei dort dadurch keine Wärme entsteht. Grundlagen für die Auslegung mit Magneten werden im Kapitel Permanentmagnete gezeigt.
Der magnetische Widerstand rechnet sich für einen homogenen stabförmigen Körper ohne Streuung aus der Länge, der Querschnittsfläche und der Permeabilität. Der Magnetfluss in konkreten Konstruktionen wird in der Praxis mit speziellen Computerprogrammen berechnet.
Beziehungen und Grössen
In der Reihenfolge der hier vorgestellten Grössen und Beziehungen. Eine weitere Zusammenstelltung ist unter Formeln zu finden.
| Symbol | Einheit | Bezeichnung | Beziehungen |
|---|---|---|---|
| \(I\) | A | Elektrischer Strom | |
| \(N\) | - | Anzahl Windungen | |
| \(r\) | m | Radius | |
| \(H\) | A/m | Magnetische Feldstärke | \(H=I/(2\pi r)\) |
| \(l\) | m | Weglänge | |
| \(\Theta\) | A | Magnetische Durchflutung | \(\mathbf{\Theta}=NI=\int \mathbf{H} \mathrm{d}l\) |
| \(\mu\) | Vs/Am | Magnetische Permeabilität | \(\mu=\mu_0 \mu_r\) |
| \(\mu_0\) | Vs/Am | Permeabilitätskonstante | \(\mu_0=4 \pi 10^{-7}\) Vs/Am |
| \(\mu_r\) | - | Relative Permeabilität | materialabhängig, Tensor |
| \(B\) | T | Magnetische Flussdichte, Induktion | \(\mathbf{B}=\mu \mathbf{H}\) |
| \(A\) | m² | Querschnittfläche | |
| \(\Phi\) | Vs | Magnetischer Fluss | \(\mathbf{\Phi}=\int \mathbf{B} \mathrm{d} \mathbf{A}\) |
| \(R_m\) | A/Vs | Magnetischer Widerstand | \(R_m=\Theta / \Phi =l/(A \mu)\) |