Autor Thema: Magnetismus  (Gelesen 1064 mal)

Reinhard

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Magnetismus
« am: Oktober 07, 2019, 18:10:50 Nachmittag »
Hallo Freunde,

ich möchte auf einem möglichst kleinen Raum (sagen wir in einem zylindrischen Volumen mit etwa 10 mm Länge und 6 mm Durchmesser)
mit möglichst einfachen Mitteln ein möglichst starkes Magnetfeld erzielen.
Dazu hätte ich einige Fragen vorab:
1. Wie wäre eine Spule dimensioniert, wenn sie die "Stärke" eines Neodym-Magneten erreichen soll.
2. Kann man die Stärke von Neodymmagneten erhöhen, indem man sie stapelt.
3. Gibt es noch bessere Möglichkeiten?

Danke für Hinweise
Reinhard
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Lupus

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Re: Magnetismus
« Antwort #1 am: Oktober 07, 2019, 21:11:16 Nachmittag »
Hallo Reinhard,

dickere Neodymmagnete sind stärker als dünne, das verläuft aber nicht linear. Wenn der Magnet dicker wird als sein Durchmesser ist bald die Grenze der Steigerung erreicht.

Wenn Du ein vergleichbares Magnetfeld mit Elektromagnet erreichen willst muss der Kern aus gutem ferromagnetischem Material bestehen, dann erhält man ein ähnliches oder sogar ein etwas stärkeres Magnetfeld, bei gleicher Größe des Kerns wie der Neodymmagnet. Gute Magnetmaterialien erreichen ähnliche Sättigungsflussdichten.

Stärker geht es nur mit supraleitenden Spulen.

Hubert

Werner

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Re: Magnetismus
« Antwort #2 am: Oktober 07, 2019, 23:11:24 Nachmittag »
Ein Eisenkern wird bei etwa 1,7 Tesla gesättigt, stärker geht mit Kern nicht.
Ohne Eisenkern kann man stärkere Magnetfelder erzeugen, maßgebend ist die Ampere-Windungszahl. Eine gute Übersicht bietet Wikipedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet

Gruß - Werner

hugojun

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Re: Magnetismus
« Antwort #3 am: Oktober 08, 2019, 08:19:09 Vormittag »
Hallo Reinhard,
Eine nicht triviale Frage: beschäftige mich gerade mit dem Thema.
Ganz wichtig ist der Spalt zwischen Magneten ( Neodym )und zu magnetisierenden Objekt, Da geht die Energie schnell
aus. Bei kontakt (Spalt etwa 60µm) kannst Du die vom Verkauf angegebene Halte-Kraft in Newton
so in Flussdichte B (in Tesla) umrechnen:
B=√(F/(s*2*µ0))
z.B : Halte-Kraft 760N
    Spalt 60µm     B  ca.  2,4 T ( vorausgesetzt das Material hat eine höheres µr als Eisen )
    Spalt 3 mm      B  ca.  51 mT

Bei Elektrospulen mit 1000 Windungen und 4 Ampere bekommst du bei 3 mm Spalt ( fast geschlossener U-Kern ) ca. 1,3 Tesla hin.



Gruß

Jürgen
« Letzte Änderung: Oktober 08, 2019, 08:31:11 Vormittag von hugojun »

Florian D.

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Re: Magnetismus
« Antwort #4 am: Oktober 08, 2019, 08:51:42 Vormittag »
Sieh mal hier:
https://www.supermagnete.de/faq/Wie-kann-ich-ein-moeglichst-homogenes-Magnetfeld-erzeugen
und genauer:
https://tu-freiberg.de/sites/default/files/media/institut-fuer-elektrotechnik-12774/UBeckert_Scr/berechnung_magnet_kreise_mit_pm.pdf

Generell ist es eine gute Idee, einen Ringmagneten , wie oben vorgeschlagen, zu verwenden.

@hugojun: Ich habe etwas Zweifel, dass das Feld sich so stark mit der Grösse des Spalts zwischen 2 Magneten ändern sollte.  Solange der Spalt kleiner ist, als der Querschnitt des Magnets, sollte die Flussdichte B nahezu unabhängig von der Grösse des Spalts und zwar gleich der Flussdichte innerhalb der Magneten sein.
Die Kraft zwischen Magneten fällt erst dann stark ab, wenn die Spaltgrösse nicht mehr klein gegenüber den Dimensionen des Magnets ist.

Gruss
Florian

Reinhard

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Re: Magnetismus
« Antwort #5 am: Oktober 08, 2019, 09:34:15 Vormittag »
Hallo Physiker,

vielen Dank für Eure wichtigen Informationen, die mich vor sinnlosen Versuchen bewahren.
Um das Ganze etwas zu präzisieren: Ich baue gerade Hubert's (lupus) Mikrowaage
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=29076.0
(reversibel) zu einer "Mikrogouy-Waage" um und möchte damit an möglichst kleinen Substanzmengen (relative) paramagnetische Auswirkungen messen.





Auf den Bildern sieht man allererste Versuche zur Orientierung. Am Waagebalken hängt ein Stück eines Schmelzpunktröhrchens mit 2-3 mg CoSO4. Mithilfe eines Mikromanipulators (vorne) schiebe ich (voreingestellt) einen Neodymmagneten unter die Probe und sehe dann im Ablesemikroskop einen deutlichen Ausschlag des Balkens.
Wegen der Enge unterhalb des Aufhängepunktes ist das Ganze noch etwas holprig.
Ich denke, ich werde mir zwei runde Neodymmagnete von 5-8mm Durchmesser beschaffen und diese kombiniert unter die Probe bringen.

Viele Grüße
Reinhard
« Letzte Änderung: Oktober 08, 2019, 09:36:47 Vormittag von Reinhard »
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Re: Magnetismus
« Antwort #6 am: Oktober 08, 2019, 10:05:34 Vormittag »
Nachtrag:

wie oft, ist auch hier "Mr. Cunningham" mein Ideengeber gewesen.
Auch er war als Mikrochemiker darauf angewiesen, daß die Physiker des "MetLab" ihm immer schöne
"devices" gebastelt haben.  :) :)
Ich versuche, seinen Vorsprung etwas zu verringern, indem ich die ihm wahrscheinlich noch nicht zur Verfügung stehenden
Neodyme zum Einsatz bringe. ;)




Reinhard


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Florian D.

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Re: Magnetismus
« Antwort #7 am: Oktober 08, 2019, 10:06:17 Vormittag »
Hallo Reinhard,

bei einer Gouy Waage sollte man ein möglichst homogenes Feld zwischen 2 Polschuhen haben das Ausserhalb möglichst schnell auf 0 abfällt. Ausserdem sollten die Polschuhe gross genug sein, dass das ganze Röhrchen hineinpasst. Letztendlich bestimmst Du ja bei gegebener Auslenkung wieviel der Substanz innerhalb des Magnetfeldes und wieviel Ausserhalb ist. Ich würde daher mit 2 eher flachen Magneten experimentieren (z. B. Würfel) und diese mit nichtmagnetischem Material auf Abstand halten, so dass du einen definierten Spalt hast.

Sehe gerade, dass Cunningham anscheinend mit einer Waage arbeitet, die ein inhomogenes Feld verwendet.

Gruss
Florian
« Letzte Änderung: Oktober 08, 2019, 10:09:50 Vormittag von Florian D. »

Reinhard

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Re: Magnetismus
« Antwort #8 am: Oktober 08, 2019, 11:18:01 Vormittag »
Hallo Physiker,

wären in meinem Falle evtl. Neodymmagneten mit zentraler Bohrung zu bevorzugen?

Gruß
Reinhard
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Lupus

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Re: Magnetismus
« Antwort #9 am: Oktober 08, 2019, 12:21:37 Nachmittag »
Hallo,

diese Messungen werden bei sehr kleinen Probenmengen in einem stark inhomogenen Feld gemacht. Die Kraft auf ein magnetisches Moment ist proportional dem Gradienten des Magnetfeldes.

Hubert

Werner

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Re: Magnetismus
« Antwort #10 am: Oktober 08, 2019, 12:50:41 Nachmittag »
So wird das aber nichts!
Wichtiger als der Magnet ist in diesem Falle der "dreikantige" Polschuh für ein inhomogenes Feld (wie in der Skizze von Cunningham). Im homogenen Feld wird kein Drehmoment auf die Probe ausgeübt. Andere Sizzen kann man oft auch im (größeren) Physikbuch sehen.

Gruß - Werner

Lupus

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Re: Magnetismus
« Antwort #11 am: Oktober 08, 2019, 12:52:20 Nachmittag »
Hallo Reinhard,

der Vortteil eines Elektromagneten wäre sicherlich das erschüzterungsfreie Einschalten des Magnetfeldes.

Ich würde es einmal mit zwei Würfelmagneten testen, deren (Gegen-)Polflächen V-förmig geneigt gegenüber stehen.

Hubert

hugojun

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Re: Magnetismus
« Antwort #12 am: Oktober 08, 2019, 13:27:29 Nachmittag »
Dieser Herrsteller
http://www.islikermagnete.ch/download/prospekt/7_01_1_GT-25.pdf
macht Angaben über die Abnahme der Halte-Kraft
Bei 0,1mm ist es bereits nur noch 42%, bei 0,5 mm nur noch 3%.
Im Prinzip stehen sich in meinem Hufeisen ja am Spalt die Pole gegenüber, wie bei zwei separaten
Neodym-Magneten in gegenläufiger Anordnung 
@ Florian D:
Ich habe das B-Feld an meinem Aufbau gemessen, die Berechnungen sind auf 1mT genau.

Jürgen

hugojun

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Re: Magnetismus
« Antwort #13 am: Oktober 08, 2019, 13:51:41 Nachmittag »
Die magnetische Suszeptibilität wird bei elektronischen Messgeräten mit B-Feldern kleiner 10mT
gemessen, um die Paleo Remanenz nicht zu zerstören.
Da 
B = χ•H
kommt es nur auf die Empfindlichkeit der Messapparatur an um das erzeigte B-Feld zu berechnen .
Paramagnetisch Stoffe haben keine Sättigung in diesen Bereichen ( liegt bei> 5T ), darum ist auch kein besonders starkes , dafür aber homogenes Feld notwendig.

Jürgen

Florian D.

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Re: Magnetismus
« Antwort #14 am: Oktober 08, 2019, 14:22:05 Nachmittag »
Dieser Herrsteller
http://www.islikermagnete.ch/download/prospekt/7_01_1_GT-25.pdf
macht Angaben über die Abnahme der Halte-Kraft
Bei 0,1mm ist es bereits nur noch 42%, bei 0,5 mm nur noch 3%.
Im Prinzip stehen sich in meinem Hufeisen ja am Spalt die Pole gegenüber, wie bei zwei separaten
Neodym-Magneten in gegenläufiger Anordnung 
@ Florian D:
Ich habe das B-Feld an meinem Aufbau gemessen, die Berechnungen sind auf 1mT genau.

Jürgen


Hallo Jürgen,

verstehe, ich glaube, wir reden da aber von verschiedenen Dingen. Bei Elektromagneten nimmt die Haltekraft tatsächlich sehr schnell mit der Spaltgrösse ab, weil der magnetische Widerstand zunimmt und damit bei konstanter Stromstärke die Flussdichte abnimmt. Bei einem Permanentmagneten ist die Flussdichte aber unabhängig von der Spaltbreite fast konstant. Damit nimmt auch die Haltekraft langsamer ab.

Viele Grüsse
Florian