Spulenfrage an unsere Elektrotechniker

[sombrero]

Hallo Bernd,
Deine Frage ist ganz einfach und klar gestellt. Ich glaube bei einer ganz normal gewickelten Spule werden auch die äußeren Windungen durch den gesamten Fluß
durchsetzt. Es ist manchmal nicht einfach dies zu bezeichnen. Durchsetzt, überstrichen, durchflutet. Die E-Technik ist ja ein Modell. Man muß sich ständig den Strom, die Spannung,
den Magnetismus, E-Felder vorstellen. Die äußeren Windungen werden durch den Rückfluß durchsetzt, da sie näher an ihm liegen.
Die äußeren Windungen haben aber bei gleichem magn. Fluß die kleinere magn. Induktion = ( Feldstärke/cm*cm ) als die inneren Windungen, Eine Windung hat eine größere Fläche, wenn sie außen
liegt. Das ergibt nach meiner Meinung gleiche Spannung / Windung. Denn die Äußeren haben wiederum die größere Drahtlänge / Windung.
Wenn man die Sache ins extreme fährt, also die Äußeren soweit weg verlegt, daß es es unsinnig wird, vereinigen sich die Felder rund um jeden einzelnen Leiter nicht mehr gut. Die äußeren
Windungen werden sozusagen zu Einzelkämfern als Widerstand.
Wenn man sich mal vorstellt: Die äußeren Windungen sind 3 meter entfernt, dann sieht man, daß die Leitermagnetfelder von Windung zu Windung sich nicht vereinigen können, obwohl der Strom ja in beiden Leitern gleich groß ist.
Die äußeren Windungen bewirken dann nach meiner Meinung immer weniger je weiter sie von der Mitte entfernt sind. Nur noch Spannungsverlust.

mfG Peter Sombrero

[bernhard8]

Ich kann hier mit ein bisschen Grundlagen dienen:

Grundsätzlich hängt die induzierte Spannung nur von der Flussänderung ab:
Uind = - N * dphi/dt

Also Windungszahl mal zeitliche Änderung des Flusses. Bei den Windungen (Drahtschleifen) spielt aber die Länge bzw. Durchmesser usw. keine Rolle. Es geht nur um die Änderung des Flusses durch die Fläche der Leiterschleife.

Die Kernfrage ist somit: wie ändert sich der Fluss über die gesamte Fläche. Wenn die Quelle der Feldlinien ein Permanentmagnet ohne Eisen ist dann musst du dir das Feld des Magneten ansehen und dir vorbeistreichend an den Wicklungen überlegen.

Entscheidend ist hier der Fluss, und der ist B*dA, also Flussdichte * überstrichene Fläche. Es zählt also der Teil vom B-Feld des Magneten der gerade bei der Leiterschleife drüberfährt. Und hier geht es um die Änderung des B-Feldes. B ist auch nicht konstant sondern abhängig vom Ort. Speziell beim Permanentmagneten. Bei einem Eisenkreis kann man B als ziemlich konstant ansehen.

Ich könnte mir vorstellen dass das Optimum folgendes ist: die Wicklung ist genauso gross wie die Fläche des "grössten Flusses". Also beim Permanentmagneten die Seite an der die Feldlinien austreten.

Keine Ahnung ob das weiterhilft. Ich hoffe zumindest ein bisschen.

[Bernd]

Hallo und danke für die vielen Beiträge.
Besonders schlüssig scheint mir was Bernhard sagte, nämlich das für die Induktion in einer Spule nur die Fläche
des Flusses und die Höhe seiner Änderung entscheidend ist.
Herberts Versuch Tip finde ich auch gut. Der Versuch müsste beide male das gleiche Spannungsergebnis erzielen.
Mit anderen Worten müsste die Induktion die gleiche sein, egal ob ich den Kupferdraht eng um den Eisenkern lege
oder mehrere cm über dem Kern in einer viel grösseren Windungsschleife. Die Höhe der Induktion pro Windung
ist die gleiche, nur das die äusseren Windungen unnötig viel Widerstand aufweisen.
Sehr dicke Drahtpakete, die dick über einen Kern/Spulenloch gewickelt sind scheinen also eher ungünstig zu sein
was das Verhätlnis aus Drahtwiderstand und induzierter Spannung anbelangt.

Grüsse

Bernd

[sombrero]

Hallo ,
Eigentlich ist die Frage noch nicht ganz klar beantwortet. Sind die letzten Windungen, die am weitesten vom Kern entfernt sind ebenso stark magn. durchflutet wie die Inneren? Davon hängt die induzierte Spannung ab.
So war die Frage. Dies ist doch wichtig zu wissen. Denn die äußeren Windungen bringen eventuell nichts mehr an Spannung, sondern sind nur noch Kupferverbrauch.
Diese Formel delta U = n * delta Fi / delta t . Ist immer richtig. Delta t u. delta n sind Konstante somit hängt alles nur von delta Fi ab. Ist nicht neues.
Mein Ansatz ist der: Wenn man annimmt daß der Fluß der aus dem Kern herauskommt auch an der anderen Kernseite wieder gänzlich hereinkommt, dann ist auch an den äußeren Windungen der magn. Fluß insgesamt genauso groß. Das sind dann lauter kleine Einzelflüsse die bei großer Entfernung gänzlich verschwunden sind. Wie ein Kirchhofsches Gesetz für magn. Fluß. Die Summe der Einzelflüsse
ist gleich dem Gesamtfluß in der Kernmitte.
Aber die Fläche des Kerns ist viel kleiner als die Fläche die die äußeren Windungen einschließen. Da Induktion bezogen ist auf eine Fläche von 1 cm*cm ist dort die Induktion am
größten. Aber ob bei den inneren Windungen auch die größte Spannung induziert wird, kann ich auch nur raten. Denn man muß bedenken die inneren Windungen sind die kürzesten. Ich glaube aber ja.
Die Länge des Leiters ist wichtig.
Viele kennen bestimmt das einfache Experiment ( Leiter im Magnetfeld). Da hängt die induzierte Spannung neben der Stärke des Magnetfelds und Geschwindigkeit des Leiters auch von der Leiterlänge ab.
Aber ganz sicher bringen zu die weit vom Kern entfernte Windungen nichts, denn der magn. Fluß kehrt schon vorher zum Kernmittelpunkt zurück. Und der Fluß an den Äusersten Stellen ist so schwach
kann gestört und abgelenkt werden.

mfG Peter Sombrero

[Ekofun]

Hallo Allerseits,

diese Frage vom Bernd interessiet mich auch weill komische Weise bei Trafos ist nie die Rede vom magnetische Flüßen sonder vom Eisenqerschnit und Leistung und Windungen pro Volt.

Habe Buch mit verschiedenen Blechquerschnitten(EI , SM, M ).Laut Buch ist Trafo einfachste Gerät zu bauen vom Magnetische Fluß braucht man sich keine Gedanken machen,so ist diese Frage sehr interesant.

Grüße

Ekofun

[Bernd]

Wenn es so ist wie Peter vermutet dann macht es einen Unterschied ob der Rüchschluss durch Eisen
um die Spule herum geführt wird und somit alle Feldlinien aussen um die Spule herum geführt werden
und dadurch auch die äusseren Windungen innerhalb dieser Feldlinien liegen wie z.B. bei einem Trafo
oder ob das nicht der Fall ist wie bei einer Luftspule.

Führt der Rückschluss vagabundierend durch Luft so könnte es wirklich sein das weit vom Kern entfernte
Windungen nur noch zum Teil innerhalb der Feldlinien des Rückschlusses liegen.

Grüsse

Bernd

[bernhard8]

So ist es ganz sicher. Mit Eisen (µ > 1000) führst du ja die B-Feldlinien entlang eines bekannten Weges. Die Spule kannst du nun genauso gross machen und davon ausgehen dass praktisch alle Feldlinien durch die Spule austreten.

Bei einem Permanentmagneten wird das Feld nicht geführt. Die Feldlinien treten prinzipiell überall aus. Würde also heissen je grösser die Spule desto mehr Feldlinien erwischst du. Allerdings nimmt die Dichte der Feldlinien nach aussen ab was wiederum einen kleineren Fluss und somit auch dessen Änderung ergibt. Dagegenzuhalten ist der entstehende Wicklungswiderstand.

Ich denke das ist ein Optimierungsproblem das auch von gewünschtem Strom u. Spannung abhängt.

[Ekofun]

Hallo,

wie were(wenn möglich)bei Magneten Fluß konzentrieren nur in Richtung wo man sie braucht,damit kommt nicht zu Streung und Verluste sollten sehr klein sein.

Grüße

Ekofun

[Bernd]

Vielleicht erklärt Peters Einwand auch warum eine so grosse Differenz zwischen der Theorie beim
Berechnen der Induktion in einem Generator der absolut kein Eisen enthält, und den an einem solchen
Generator ermittelten Messwerte besteht. Siehe folgender Link:

viewtopic.php?f=21&t=1018&start=130#p14993

Ekofun bündeln kann man die Feldlinien in Luft nicht wirklich. Erst wenn du dem Fluss einen kleineren
Widerstand zur Ferfügung stellst, also einen besseren magnetischen Leiter, dann bündelt sich der magnetische
Fluss in diesem besseren Leiter. In aller Regel ist das dann Eisen.

Grüsse

Bernd