Wie berechnet man den erforderlichen Strom und die Spezifikationen für eine "Nassspule", um x Tesla Magnetfeld zu erzeugen?

Ein Wassermanagementprojekt erfordert eine "Nassspule" (Spule wird in wässrige Medien getaucht), die so ausgelegt ist, dass sie im Zentrum ein stationäres elektromagnetisches Feld mit einstellbarer magnetischer Flussdichte erzeugt. Die Spule ist spiralförmig mit einem hohlen Kern (auf einen perforierten Nylonzylinder gewickelt, der als Spulenkörper verwendet wird). Der Innendurchmesser der Spule muss zwischen 6 und 12 Zentimetern liegen, sagen wir 8 cm, um es in Zahlen zu fassen.

Ich würde gerne verstehen, wie man die Anzahl der benötigten Windungen und den Strom berechnet, der durch die Spule getrieben werden muss, um eine bestimmte magnetische Flussdichte zu erzeugen.

In diesem Zusammenhang ist der erforderliche Bereich von 0,1 Tesla bis 1 Tesla, aber ich würde eher die Methode als das Ergebnis verstehen. Auch wenn es Vorschläge für kommerzielle Ressourcen / Produkte gibt, die man sich ansehen sollte, sowohl für Spulen als auch für Treiber, wären Hinweise sehr hilfreich.

Mein Hintergrund orientiert sich eher an banaler analoger und digitaler Elektronik und Software, als an elektromagnetischen Phänomenen oder angewandter Physik. Obwohl ich vor 2 Jahrzehnten grundlegende Elektrizität und Magnetismus gelernt habe, ist das alles sehr eingerostet. Daher entschuldige ich mich, wenn meine Frage zu viele Lücken hinterlässt, lassen Sie es mich bitte wissen und ich werde die Frage entsprechend ändern.

Antworten (2)

Hier ist eine Annäherung dessen, was Sie versuchen zu tun. Das Magnetfeld in einem Solenoid ist gegeben durch (aus Wikipedia ) B = μ N ICH Wo μ ist die Durchlässigkeit des Mediums (vermutlich Wasser in Ihrem Fall), N ist die Anzahl der Windungen pro Einheit der axialen Länge, und ICH ist der Strom. Der Höchstwert von N wird durch die Dicke des verwendeten Drahtes bestimmt. Dieser Anbieter verkauft Magnetdraht mit einer Dicke von 12 Gauge, was für eine einlagige Umwicklung reicht N = 468 . Die Durchlässigkeit von Wasser kommt der von Vakuum sehr nahe, also verwenden μ = 4 π ⋅ 10 − 7 H ⋅ M − 1 .

Um Ihr gewünschtes Mindestfeld von 0,1 Tesla zu erreichen, ist ein Strom von 170 A erforderlich, was wahrscheinlich weit über dem sicheren Betriebsbereich für 12-Gauge-Draht liegt. Das ist jetzt ein technisches Problem. Sie könnten nach einem dickeren Draht suchen und auch mehrere Schichten umwickeln, um den erforderlichen Strom zu reduzieren. Wenn das Wasser fließt, hilft dies, den Draht kühl zu halten, aber das Untertauchen erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der elektrischen Isolierung. Hier sind einige Epoxide zum Vergießen von Elektronik, obwohl ich vermute, dass es viele andere Optionen gibt. Hoffentlich helfen die bereitgestellten Links dabei, zu veranschaulichen, welche Schlüsselwörter Sie in Ihrer Recherche verwenden sollten.

Sobald Sie eine Vorstellung davon haben, welche Art von Kabel verwendet werden soll (und dessen Widerstand) und auch den maximalen Strom, den Sie verwenden möchten, können Sie es verwenden P = ICH 2 R um die benötigte Leistung abzuschätzen. Dann können Sie mit dem Kauf eines DC-Netzteils beginnen.

Ein 1-Tesla-Feld ist riesig!

An die älteren Mitglieder: Ich entschuldige mich im Voraus, wenn es geschmacklos war, auf Anbieter zu verlinken.

Wenn ich das richtig verstehe, könnte die einzig vernünftige Option eine 5- bis 10-lagige Wicklung sein? Würde sich das nicht auch negativ auf die Flussdichte im Vergleich zu einer einlagigen Wicklung auswirken?
Sie müssen sicherlich mehrere Ebenen verwenden. Im Idealfall erfordert eine sichere 9-Ampere-Last auf 12 AWG fast 20 Schichten, um nur 0,1 T zu erhalten. Sie benötigen einen höheren Strom und einen dickeren Draht. Der schwierigste Teil wird es sein, herauszufinden, ob es einen Draht gibt, der das kann, was Sie brauchen. Ein dickerer Draht kann mehr Strom führen, aber die zusätzliche Dicke verringert sich N , was den benötigten Strom erhöht. Es kann hilfreich sein, eine Tabelle mit verschiedenen Strömen zu erstellen, die für eine Reihe von Standard-Drahtstärken erforderlich sind, und dann herumzurufen, um zu sehen, ob ein Anbieter einen Draht hat, der Ihren Anforderungen entspricht.
Nützliche Informationen: 1 2
Vielen Dank für all die Hilfe! Mal sehen, wie weit das angesichts der Bedenken rollt.

Ein weiser Mann sagte einmal: „Ein 1-Tesla-Feld ist riesig!“ Sie müssen erwägen, einen Eisenkern zu verwenden, wobei sich Ihr Wasser zwischen den Polstücken befindet. Varian ist der erste Anbieter, der mir in den Sinn kommt.

Leider ist der Eisenkern keine Option, das Design der Verarbeitungsanlage ist nicht meins.
OK. Nun, die Gleichung B = unI gilt für ein Dünnschichtsolenoid. Siehe utc.edu/Faculty/Tatiana-Allen/magfield.html . Das Feld hängt vom Durchmesser der Spule ab, sodass jede hinzugefügte Schicht weniger effektiv ist. Das Integral von 1/d geht nicht gegen Null, also könnten Sie zumindest ein T mit einem beliebig großen Solenoid bekommen. Dies könnte eine unterhaltsame Hausaufgabe für Sie sein: Lösen Sie bei einem angegebenen Strom pro Quadratzentimeter Kapazität für Kupferdraht nach der Größe des Solenoids, die zum Erzeugen von 1T erforderlich ist. Es wird RIESIG sein.
Und -dann- (!) muss man den angegebenen Strom pro Quadratzentimeter Kapazität des Kupfers hinterfragen. Dadurch erhalten Sie eine Lösung für Größe und Feld, aber die eigentliche Grenze ist die höchste Temperatur in der Kupferspule. Jetzt müssen Sie also die Wärmeleitung von einer punktförmigen Wärmequelle in einer massiven Kupfermasse zur Außenfläche auflösen und den spezifischen Widerstand von Kupfer verwenden, um Ihnen eine neue Stromgrenze (pro Quadratzentimeter Querschnitt) zu geben.
Wie berechnet man den erforderlichen Strom und die Spezifikationen für eine "Nassspule", um x Tesla Magnetfeld zu erzeugen?
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