Ersetzt man beim
Leiterschaukelversuch den Spannungsmesser durch einen Amperemeter,
so kann im Leiterkreis ein merklicher Strom fließen sobald man mit
einer äußeren Kraft Fa an ihm zieht.
Auf einen
Strom durchflossenen Leiter in einem Magnetfeld wirkt wiederum die
Lorentzkraft. Die linke Hand Regel fordert, dass die Kraft F*
entgegengesetzt zur Kraft Fa wirkt.
Übrigens: würde die
Kraft F* in die gleiche Richtung wie die Kraft Fa
wirken, so würde sie die Bewegung unterstützen. Einmal angestoßen
müsste der Leiter sich fortan immer schneller bewegen. Dies wäre
ein Energiezuwachs ohne dass man von außen Energie zuführt (Widerspruch
zum Energiesatz).
Ein oben offenes Joch wird durch weitere Eisenkerne
nochmals verlängert und mit einer Spule (500 Wdg.) bestückt. Auf
die Spule legt man nun einen Aluminiumring. Schaltet man die
Netzspannung ein, so springt der Ring etwa 1,5 m hoch in die Luft.
Legt man einen ebensolchen, aber durchgesägten Ring auf die Spule,
so geschieht nichts.
Bewegt sich der Nordpol des Stabmagneten auf den Metallring
zu, so fließt der technische Strom (gelb) im Uhrzeigersinn. Aufgrund dieses Stroms entsteht ein
Magnetfeld (blaue Feldlinien), das dem äußeren zunehmenden
Feld (rote Feldlinien) entgegengerichtet ist. Auf der
Ringunterseite entsteht durch den Induktionsstrom ein
Nordpol, der hemmend auf die Bewegung vom Nordpol des
Stabmagneten einwirkt.
Bewegt sich der Nordpol des Stabmagneten nach
unten vom Metallring weg, so fließt der Induktionsstrom im
Gegenuhrzeigersinn. Aufgrund dieses Stroms entsteht ein Magnetfeld
(blaue Feldlinien), das dem äußeren abnehmenden Feld (rote
Feldlinien) gleichgegengerichtet ist.
Das Video
(6,14 MB) zeigt seht schön animiert wie ein Ring von über über
einen Magneten fällt. Durch den sich ändernden magnetischen Fluss
wird im Rind ein Strom induziert, wessen Magnetfeld gemäß der
lenzschen Regel dem Permanentmagnet entgegen gerichtet ist. Hier ist
ein Ring mit einem sehr kleinen ohmschen Widerstand animiert worden. Das Copyright liegt bei:
The Physics 8.02 Website
Zwischen den Polschuhen
des Elektromagneten ist ein schmaler Spalt, in dem ein Blech
schwingen kann.
Das Blech kann in seine
Halterung auf zwei Arten eingespannt werden: einmal so, dass die
geschlitzte Seite zwischen den Polschuhen schwingt, einmal so, dass
die geschlossene Plattenfläche zwischen den Polschuhen schwingt.
Gegeben ist das in blau eingezeichnete Magnetfeld und
eine Platte aus Metall, die sich mit einer Geschwindigkeit v durch das Magnetfeld bewegt.
Dadurch werden auch die darin befindlichen Elektronen durch das
Magnetfeld bewegt. Diese erfahren daher eine Lorentzkraft, welche
gemäß der linken Hand Regel eine Kraft ergibt nach oben als
Richtung der Kraft. Da nur ein Teil der Metallplatte von dem magnetischen Feld
durchsetzt ist fließen die Elektronen wieder zurück - es entsteht ein kreisförmiger Strom, ein
Wirbelstrom, der in braun eingezeichnet ist.
Gemäß des Lenzschen Gesetzes
ist dieser induzierte Strom so gepolt, dass er seiner Ursache
entgegenwirken kann - also der Bewegung der Metallplatte durch das
Magnetfeld mit der Geschwindigkeit v. Die Wirbelströme erzeugen also
ein Magnetfeld (linke Faust Regel) welches dem äußeren Magnetfeld genau
entgegengerichtet ist. Somit kann das äußere Magnetfeld eine Kraft auf
die sich bewegende Metallplatte ausüben und sie damit abbremsen. Das geschlitzte Blech wird kaum
gebremst, weil sich auf Grund der Schlitze keine (großflächigen)
Wirbelströme ausbilden können.
Eine technische Anwendungen der Wirbelstrombremse findet sich
beim ICE. Dieser verfügt neben einer klassischen Scheibenbremse und
einer Generatorbremse auch über eine moderne Wirbelstrombremse. Dazu
senkt sich ein Rahmen mit vielen Elektromagneten nahe über die
Schienen. Es wird hier nicht die magnetische Eigenschaft von Eisen
genützt, sondern seine elektrische Leitfähigkeit. Die Magnetfelder,
die sich mit dem Rahmen entlang der Schienen bewegen, induzieren im
Eisen Kreisströme, die der Bewegung des ICE Energie entziehen. Diese
Bremse funktioniert besonders gut und zuverlässig bei hohen
Geschwindigkeiten, unabhängig von der Griffigkeit der Schienen;
außerdem ist sie wartungsarm, weil keine Reibung auftritt.
Gegeben ist das in blau eingezeichnete Magnetfeld und
eine Platte aus Metall, die sich mit einer Geschwindigkeit v durch das Magnetfeld bewegt.
