Basiswissen

Ein Elektromagnet wird erst dann magnetisch, wenn ein Strom durch ihn hindurchfließt. Tatsächlich umgibt sich jeder elektrische Strom mit einem Magnetfeld. Von einem Elektromagneten spricht man aber erst dann, wenn das Prinzip in einem speziell dazu angefertigen Bauteil genutzt wird.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Ein starker Elektromagnet zieht Metallschrott aus einem Eisebahnwaggon © Bill Shrout ☛

Prinzip

Ein elektrischer Strom umgibt sich immer mit einem Magnetfeld. Je stärker der Strom, desto stärker auch das Magnetfeld. Schon ein einfacher Draht, durch den 1 Ampere Strom fließt, kann damit einen in der Nähe liegenden Kompass ablenken. Solch ein einfacher Leiter kann also schon als Elektromagnet betrachtet werden. Mehr dazu unter 👉 Oerstedsches Gesetz

Luftspule

Meist ist es das Ziel, mit Elektromagneten möglichst starke Magnetfelder zu erzeugen. Oder man will eine bestimmte Magnetfeldstärke erreichen und dafür einen möglichst kleinen Elektromagneten bauen. Wickelt man einen geraden Draht zu einer zylinderförmigen Spule auf, dann addieren sich die Ströme jeder Windung. Eine solche Anordnung nennt man eine 👉 Luftspule

Mit Kern

Bestimmte Metalle erhöhen die Stärke vorhandener Magnetfelder erheblich. Füllt man eine Luftspule innen mit einem passenden Metall aus, so erhöht sich der magnetische Effekt sehr stark. Bei Eisen je nach Art um den Faktor 300 bis 10 Tausend. Spezielle Metalle erhöhen den Effekt um auf das 150 Tausendfache. Dies ist die häufigste Bauform für einen Elektromagneten. Siehe auch 👉 Permeabilitätszahlen

Zahlen und Fakten

1. Wie stark ein Magnetfeld ist, misst man in Tesla (T) – je größer die Zahl in Tesla, desto stärker zieht oder stößt der Magnet andere Magnete oder Eisen an.^[1] Siehe auch 👉 Tesla

2. Je stärker der elektrische Strom durch eine Spule fließt, desto stärker wird ihr Magnetfeld – die Stromstärke misst man in Ampere (A); sie sagt, wie viel elektrische Ladung pro Sekunde durch einen Draht fließt.^[2] Siehe auch 👉 Ampere

3. Je mehr Windungen eine Spule hat, desto stärker ist bei gleichem Strom ihr Magnetfeld – doppelt so viele Windungen bedeuten ungefähr doppelt so starkes Feld.^[2] Siehe auch 👉 Wicklungszahl

4. Je besser das Kernmaterial magnetisierbar ist (z. B. Eisen statt Luft), desto stärker wird das Magnetfeld im Inneren der Spule verstärkt^[3]. Siehe auch 👉 Permeabilitätszahlen

5. Je näher ein Eisenkern an seine Sättigung kommt, desto weniger bringt zusätzlicher Strom noch – ab etwa 1,5–2 Tesla wird Eisen kaum noch stärker magnetisch.^[3] Siehe auch 👉 Sättigung

6. Der erste brauchbare Elektromagnet wurde 1825 von William Sturgeon gebaut – je mehr Windungen und je stärker der Strom, desto mehr Gewicht konnte er heben.^[4]

7. Je stärker das Magnetfeld, desto größer sind auch die Kräfte im Inneren des Magneten – sehr starke Magnete müssen deshalb besonders stabil gebaut werden, damit sie nicht auseinandergerissen werden.^[5]

8. Die stärksten dauerhaften (kontinuierlichen) Magnetfelder der Welt entstehen in Speziallaboren wie dem National High Magnetic Field Laboratory – dort erreicht man bis zu 45 Tesla.^[1]

9. Je kürzer und kräftiger man Strom durch eine Spule schickt (als Strompuls), desto höher kann das Magnetfeld kurzzeitig werden – so sind sogar über 90 Tesla möglich, aber nur für winzige Zeitspannen.^[5]

10. Je kälter ein Supraleiter ist, desto besser kann er riesige Ströme ohne Widerstand leiten – deshalb nutzt man sehr tiefe Temperaturen, um besonders starke Elektromagnete zu bauen.^[6] Siehe auch 👉 Supraleiter

Fußnoten

[1] National High Magnetic Field Laboratory. “45 Tesla Hybrid Magnet.” [https://nationalmaglab.org/magnet-development/45-tesla-hybrid](https://nationalmaglab.org/magnet-development/45-tesla-hybrid)

[2] David J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics. 4th ed. Boston: Pearson, 2013.

[3] Charles Kittel: Introduction to Solid State Physics. 8th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2005.

[4] Encyclopaedia Britannica. William Sturgeon. Online: https://www.britannica.com/biography/William-Sturgeon

[5] National High Magnetic Field Laboratory: Pulsed Field Facility. Online: https://nationalmaglab.org/user-facilities/pulsed-field-facility

[6] Michael Tinkham: Introduction to Superconductivity. 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1996.