Was ist eine Hallsonde und wofür wird sie verwendet?

Im Zusammenhang mit der Hallsonde sollten wir zuerst einmal einige Begriffe klären, angefangen beim Halleffekt, der nach seinem Entdecker Edwin Herbert Hall benannt wurde und diesen 1879 beobachtet hat. Wie wir bereits an anderer Stelle in unserem Blog geklärt haben, sprechen wir im Bereich des Magnetismus häufig von der Lorentzkraft. Wenn um einen elektrischen Leider erst ein elektrisches Feld und dann ein magnetisches Feld bilden, verdichten sich die Feldlinien dieser beiden Felder, wenn sie in dieselbe Richtung laufen. Tun sie das nicht, also wenn sie in entgegengesetzter Richtung verlaufen, werden die Feldlinien abgeschwächt. Die Kraft, die an dieser Stelle erreicht wird, ist die Lorentzkraft.

Wirkt diese nun auf die Elektronen eines stromdurchflossenen Leiters in Verbindung mit einem Leiterplättchen, erzeugen wir eine sogenannte Ladungsverschiebung. Das bedeutet, dass auf der einen Seite ein Mangel und auf der anderen ein Überschuss an Elektronen herrscht. Aus dieser Kombination entsteht letztendlich ein elektrisches Feld, was auch Halleffekt genannt wird. 

Vom Halleffekt zur Hallsonde

Kommen wir nun zur Hallsonde. Die Kombination aus Leiterplättchen, Steuerstromkreis und Magnetfeld wird Hallgenerator genannt. Wenn der hier eingebundenen Stromkreis nun konstant gehalten wird, sprechen wir von der Hallsonde, mit der man Magnetfelder messen kann. Die Stärke dieser Magnetfelder wird generell in Ampere pro Meter oder in Tesla gemessen. Zuvor auch in Oersted, aber diese Einheit wird eigentlich nicht mehr verwendet. Am geläufigsten ist jedoch die Anzeige der magnetischen Flussdichte in Tesla, die durch die Hallsonde und den Halleffekt gemessen werden kann.

Wie bereits oberhalb erwähnt, werden die Elektronen durch das Leiterplättchen senkrecht aus ihrer ursprüngliche Bewegungsrichtung geschoben, weswegen sie sich auch einer Seite des Plättchens einfinden. Die dadurch entstandene elektrische Spannung ist proportional zum Magnetfeld, dessen wir Stärke bisher noch nicht kennen. Nutzen wir nun die Hall-Spannung über dem Leiter, lassen sich die mit der Lorentzkraft gleichen elektrischen Kräfte errechnen und somit auch die Stärke des Magnetfeldes.

Falls Sie weitere Fragen zur Hallsonde oder den damit verbundenen Themen haben, raten wir Ihnen sich auch die anderen Artikel in unserem Blog anzuschauen oder unser Expertenteam zu kontaktieren.

Wie man einen Eddy Current herstellt

Der Eddy Current oder Eddy Current Abschneider hat viele Namen. In Deutschland wird er häufig auch Nichteisenabschneider oder Wirbelstromabschneider genannt.  Diese Namen kommen wohl daher, da man mit dem Eddy Current, also mit Hilfe einer Wirbelstromtrommel auch allerkleinste Nichteisenmetalle abschneiden kann. Diese Metalle werden auch Feinfraktion genannt.

Klären wir zuallererst einmal wie das ganze überhaupt funktioniert. Hierzu sollten wir uns das Prinzip und die Funktionsweise der Wirbelströme, zu Englisch “eddy currents”, genauer anschauen. Man spricht von einem Wirbelstrom, wenn man in einen elektrischen Leiter in einem zeitlich variablen Magnetfeld einen Strom induziert. Genauso entstehen diese Wirbel, wenn das Magnetfeld zeitlich konstant aber räumlich inhomogen und der Leiter bewegt ist. Man hat den Namen Wirbelstrom gewählt, da die Stromlinien in sich geschlossen sind und Wirbeln ähneln.

Diese Wirbel rufen ein Magnetfeld hervor, was mithilfe von hohen Frequenzen den Strom aus dem Zentrum unseres Leiters verdrängen kann. Wenn dieser nun einen endlich elektrischen Widerstand aufweist, erhitzt er sich durch diesen Effekt. Anhand der Maxwell Gleichungen, lassen sich die aktiven Kräfte dieses Szenarios und die genaue Stromverteilung berechnen. Die Maxwell Gleichungen haben wir bereits an anderer Stelle in unserem Blog thematisiert, weswegen wir hier nicht genauer darauf eingehen und uns auf die Eddy Currents fokussieren.

Für einen Wirbelstromabschneider benötigt man ein Förderbandsystem, sowie einen Magnetrotor, der am Ende des Förderbandes angebracht wird und eine schnelle Drehzahl aufweist. So kann ein Induktionsfeld kreiert werden, dass wiederum ein schnell wechselndes Magnetfeld hervorruft. Alle elektrisch leitenden Teilchen, die also über dieses Förderbandsystem geführt werden, werden durch das schnell wechselnde Magnetfeld kurzzeitig magnetisiert und werden somit automatisch “abgeschnitten” und aussortiert. Nichteisenmetalle wie Aluminium, Messing oder Kupfer können somit entfernt werden. Generell können Materialien mit einer geringeren Dichte und einer guten elektrischen Leitfähigkeit am besten durch die Wirbelströme abgeschnitten werden. 

Wo wird ein Eddy Current Abschneider verwendet?

Die Nichteisenabschneider finden in zahlreichen Sektoren der Industrie ihren Einsatz. Beispielsweise in der Recyclingindustrie von Glas, wo durch die Wirbelströme Aluminiumverschlüsse entfernt werden. Bei Holzproduktionen werden Messingklinken und Scharniere so auf automatische aussortiert oder in der Verarbeitung von Elektroschrott und Haushaltsabfällen. 

Je nach Anwendung kann das Grundmodell des Eddy Current Abschneider durch zusätzliche Teile erweitert werden. So kann beispiel ein Abscheidungsbehälter oder auch eine Trennwand hinzugefügt werden. Das hängt ganz von den Bedürfnissen ab. 

Falls Sie weitere Fragen zum Nichteisenabschneider haben oder sich für andere Produkte in unserem Shop interessieren, können Sie uns jederzeit ganz unverbindlich kontaktieren.

Wofür steht die Oersted Einheit?

Die Oersted Einheit wurde nach dem dänischen Physiker und Chemiker Hans Christian Oersted benannt. 1820 entdeckte er den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und dem Magnetismus, wobei dies bereits vor ihm festgestellt, jedoch nicht im richtigen Licht betrachtet oder nicht weiter ausgearbeitet wurde. 

Knapp 40 Jahre später stellte Maxwell diese Zusammenhänge in den Maxwellgleichungen klar, die auch heute noch als Grundlagen für den Elektromagnetismus gelten. Die Oersted Einheit hingegen, wurde zwar lange Zeit als Einheit im CGS-Einheitensystem zur Messung von Magnetfeldern verwendet, gilt aber seit dem 1. Januar 1978 nicht mehr als offizielle Einheit. Sie wurde von Ampere pro Meter abgelöst.

Auch das CGS-Einheitensystem ist nicht mehr häufig gebräuchlich. Es wurde 1874 als System für physikalische Einheiten eingeführt aber bereits 1889 wieder durch das sogenannte MKS-Einheitensystem abgelöst. Es stützt sich auf die Einheiten Meter, Kilogramm und Sekunde, die aber auch in Zentimeter, Gramm und Sekunde aufgezeigt werden können. Hinzukommen die Einheiten Ampere für Strom, Kelvin für die Temperatur, sowie mol für Stoffmenge und candela für die Lichtstärke.

Wie wurde es entdeckt und wie wird Oersted gemessen?

Nichtsdestotrotz ist Oersteds Enteckung des Zusammenhangs zwischen Magnetismus und Elektronik genauso bedeutet, wie die Ausformulierung von Maxwell. Oersted hat diesen Zusammenhang mittels einem sehr simplen Versuch entdeckt.

Oersted hat beobachtet, dass bei einer Kompassnadel, die sich ja immer in Richtung des Magnetfeldes unserer Erde ausrichtet und demnach Richtung Norden zeigt von einer äußeren Stromquelle beeinflusst werden kann. Nähert man den Kompass parallel an einen Leiterdraht und schaltet die Stromquelle ein, so richtet sich die Kompassnadel waagerecht zum Leiter aus und kehrt wieder zurück, sobald der Strom abgestellt wird.

Oersted hat daraus geschlossen, dass die Stromquelle von einem Magnetfeld umgeben ist, welche auf den Kompass einfluss nimmt.

Generell werden Magnetfelder, die mit H abgekürzt werden, nicht mehr in Oersted gemessen, man kann es dennoch in Ampere/Meter umrechnen. Oe steht in diesem Fall für Oersted und A/m für Ampere pro Meter. Demnach gilt: 

Falls Sie noch weitere Fragen zum Thema Magnetismus haben oder sich bezüglich unserer Produkte informieren möchten, können Sie jederzeit unser Fachpersonal kontaktieren oder sich in unserem Shop umschauen.

Was ist das magnetische Moment?

Wenn vom magnetischen Moment die Rede ist, sprechen wir von einer Einheit, einem Vektor, der magnetische Vorgänge beschreibt. Genauer gesagt, gibt es die Stärke eines magnetischen Dipols an, was bedeutet, dass es das Verhältnis zwischen dem maximalen mechanischen Drehmoment eines externen Magnetfeldes und der Stärke dieses Feldes selbst darstellt.

Man muss sich das ganze folgendermaßen vorstellen: Der Drehmoment eines externen Magnetfeldes, als dessen Flussdichte, wirkt auf unser magnetisches Moment ein und dreht es in die Feldrichtung. Der Winkel zwischen Feldrichtung und magnetischem Moment beeinflusst daher die entsprechende Energie. Beobachten lässt sich das ganze an klassischen Kompassen oder auch Elektromotoren.

Wie entsteht das magnetische Moment?

Für die Entstehung des magnetischen Moments kann es im Allgemeinen zwei Ursprünge geben. Zum einen einen elektrischen Strom - Kreisstrom - mit Stromdichteverteilung und zum anderen Teilchen mit einem Eigendrehimpuls, die sogenannten Spins.

Anschaulicher erklärt, kann ein magnetisches Moment demnach entstehen, wenn wir eine geschlossene Strombahn haben. In dessen eingeschlossener Fläche entsteht unser Moment, der, wie zu Beginn bereits erwähnt, von der Stromrichtung abhängt. Genutzt wird dieser in der Elektrotechnik als Grundlage für Elektromagnete, Motoren oder auch Generatoren. 

Dieselbe Logik greift, wenn wir das ganze auf Atome übertragen. Wie wir bereits an anderer Stelle in unserem Blog erläutert haben, sind Atomkerne von Kreisen der Elektronenbewegung umgeben. Diese Elektronen haben den sogenannten Spin, die Eigenrotation der Elektronen. Deren kreisender Verlauf um das Atom, lässt sich mit unserem Kreisstroms gleichsetzen. Jede einzelne Bewegung ist hier ein sogenannter magnetischer Dipolmoment, welche zusammengenommen die komplette magnetische Kraft, also das magnetische Moment, des entsprechenden Körpers beschreiben. An dieser Stelle sollte jedoch beachtet werden, dass diese Form des magnetischen Momentes aufgehoben werden kann. Haben die Atome eine gerade Anzahl an Elektronen, hebt er sich auf.

Durch eine Formel beschrieben wird das magnetische Moment folgendermaßen berechnet: = ⋅ . m steht hierbei für das magnetische Moment, I für die Stromstärke und A für die Fläche des Kreises. 

Falls Sie noch weitere Fragen zum Thema oder auch unseren magnetischen Produkten aus unserem Shop haben, könne Sie jederzeit ganz unverbindlich unser Expertenteam kontaktieren. Wir helfen Ihnen gerne weiter und geben Ihnen Auskunft.