Anwendungsbereiche von Elektromagneten in der Industrie
Elektromagnete wurden mit dem Ziel entwickelt, elektromagnetische Felder zu testen, zu messen und wiederherzustellen, da der Elektromagnetismus eine der Grundkräfte des Universums ist, die für alles, von elektrischen und magnetischen Feldern bis hin zu Licht, verantwortlich ist.
Elektromagnete sind Geräte, die mit elektrischem Strom ein Magnetfeld induzieren. Seit ihrer ersten Erfindung als wissenschaftliches Instrument sind Elektromagnete zu einem allgegenwärtigen Bestandteil von elektronischen Geräten und industriellen Prozessen geworden.
Elektromagnete unterscheiden sich von Permanentmagneten dadurch, dass sie nur dann eine magnetische Anziehungskraft auf andere metallische Objekte ausüben, wenn ein Strom durch sie fließt. Dies hat zahlreiche Vorteile, da die Kraft ihrer magnetischen Anziehungskraft gesteuert und beliebig ein- und ausgeschaltet werden kann. Aus diesem Grund werden sie in Forschung und Industrie überall dort eingesetzt, wo magnetische Wechselwirkungen erforderlich sind.
Verschiedene Arten an Elektromagneten
Es gibt drei Grundtypen von Elektromagneten: die robusten, die superleitfähigen und die hybriden.
Robust:Ein Widerstandsmagnet erzeugt ein Magnetfeld mit Kupferdrähten, er führt Strom durch den Draht und Elektronen erzeugen ein schwaches Magnetfeld. In diesem Sinne, wenn ein Draht um ein Stück Metall wie Eisen gedreht wird, hilft es, dieses Magnetfeld um die Platte zu konzentrieren, so dass je mehr sich der Draht verdreht, das Feld umso stärker ist.
Superleitfähig:Superleitfähige Elektromagnete arbeiten durch Reduzierung des elektrischen Widerstands: Wenn Strom durch eine Kupferplatte fließt, stören Atome im Kupfer die Elektronen im Strom. Daher verwenden superleitende Magnete flüssigen Stickstoff oder flüssiges Helium, um sehr kalte Temperaturen zu erzeugen. Die Kälte hält die Kupferatome aus dem Weg, und die Elektromagnete funktionieren weiter, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen ist.
Hybride:Hybrid-Elektromagnete kombinieren resistive Elektromagnete mit Superleitfähigen. Das Design von Hybrid-Elektromagneten ist unterschiedlich, aber an der University of Florida zum Beispiel gibt es einen, der 35 Tonnen wiegt, mehr als 20 Fuß hoch ist und genügend Kupferdraht für durchschnittlich 80 Haushalte enthält. Deionisiertes Wasser oder Wasser ohne elektrische Ladung halten diesen Hybridmagneten bei mehr als 200 Grad Celsius unter dem Gefrierpunkt in Betrieb.
Verwendung von Elektromagneten in der Industrie
Heutzutage gibt es unzählige Anwendungen für Elektromagnete, die von großen Industriemaschinen bis hin zu kleinen elektronischen Komponenten reichen:
Aufgrund ihrer Fähigkeit, sehr starke Magnetfelder zu erzeugen, ihres geringen Widerstands und ihrer hohen Effizienz finden sich superleitende Elektromagnete häufig in wissenschaftlichen und medizinischen Geräten. Dazu gehören Magnetresonanztomographen (MRT) in Krankenhäusern und wissenschaftliche Geräte wie Kernspinresonanzspektrometer (NMR), Massenspektrometer und auch Teilchenbeschleuniger.
Elektromagnete sind auch weit verbreitet, wenn es um Musikinstrumente geht. Dazu gehören Lautsprecher, Kopfhörer, elektrische Glocken sowie magnetische Aufzeichnungs- und Datenspeichergeräte wie Tonbandgeräte. Die Multimedia- und Unterhaltungsindustrie ist auf Elektromagnete angewiesen, um Geräte und Komponenten wie Videorekorder und Festplatten herzustellen.
Elektrische Stellglieder, d.h. Motoren, die elektrische Energie in ein mechanisches Drehmoment umwandeln, sind ebenfalls auf Elektromagnete angewiesen. Elektromagnetische Induktion ist auch das Medium, durch das Leistungstransformatoren arbeiten, die für die Erhöhung oder Verringerung der Wechselspannung entlang von Stromleitungen verantwortlich sind.
Die Induktionserwärmung, die zum Kochen, Herstellen und Behandeln eingesetzt wird, basiert ebenfalls auf Elektromagneten, die elektrischen Strom in Wärmeenergie umwandeln. Elektromagnete werden auch für industrielle Anwendungen eingesetzt, wie z.B. magnetische Aufzüge, die magnetische Anziehungskraft zum Heben schwerer Gegenstände nutzen, oder magnetische Separatoren, die für die Klassifizierung ferromagnetischer Metalle aus Schrott verantwortlich sind.
Sie werden auch bei der Anwendung von Magnetschwebebahnen eingesetzt. Neben der Nutzung elektromagnetischer Kräfte, damit ein Zug über ein Gleis schweben kann, sind superleitende Elektromagnete auch für die Beschleunigung von Zügen bei hohen Geschwindigkeiten verantwortlich.
Kurz gesagt, die Einsatzmöglichkeiten von Elektromagneten sind nahezu unbegrenzt und reichen von Konsumgeräten über schwere Geräte bis hin zu öffentlichen Verkehrsmitteln.
