Demonstrationsversuche Physik

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Elektromagnetische Induktion

Elektrizitätslehre

P3.4.4 Wirbelströme P3.4.4.1 Waltenhofensches Pendel: Demonstration einer Wirbelstrombremse P3.4.4.2 Demonstration der Funktionsweise eines Wechselstromzählers

P3.4.4.2

P3.4.4.1

Waltenhofensches Pendel: Demonstration einer Wirbelstrombremse (P3.4.4.1)

Kat.-Nr.

Bezeichnung

560 34

Waltenhofensches Pendel

1

342 07

Muffe mit Schneidenlager

1

562 11

U-Kern mit Joch

1

2

562 13

Spule mit 250 Windungen

2

1

560 31

Durchbohrte Polschuhe, Paar

1

521 545

DC Netzgerät, 0 - 16 V / 0 ... 5 A

1

300 02

Stativfuß, klein, V-förmig, 20 cm

1

301 01

Leybold-Muffe

1

300 51

Stativstange, Winkel 90°

1

300 42

Stativstange, 47 cm, 12 mm Ø

1

501 28

Experimentierkabel, 50 cm, schwarz

4

560 32

Drehbare Aluminiumscheibe

1

562 15

Spule mit 1000 Windungen

1

562 18

Spule (Kleinspannung), 50 Windungen

2

562 34

Spulenhalter, groß

1

510 22

Hufeisen-Magnet, groß, mit Joch

1

521 39

Kleinspannungsstelltrafo

1

2

537 32

Schiebewiderstand 10 Ohm

1

531 120

Vielfach-Messgerät LDanalog 20

2

313 07

Handstoppuhr I, 30 s/0,1 s

1

300 01

Stativfuß, groß, V-förmig, 28 cm

1

300 41

Stativstange, 25 cm, 12 mm Ø

1

501 33

Experimentierkabel, 100 cm, schwarz

10

Wird eine Metallscheibe in ein Magnetfeld hineingezogen, so werden in der Scheibe Wirbelströme induziert. Die Wirbelströme erregen ein Magnetfeld, das in Wechselwirkung mit dem induzierenden Feld die Bewegung der Scheibe hemmt. Die Energie der Wirbelströme, die sich in Joulesche Wärme umsetzt, entsteht aus der mechanischen Arbeit, die gegen die magnetischen Kräfte zu verrichten ist. Im Versuch P3.4.4.1 wird das Auftreten und das Unterbinden von Wirbelströmen am Waltenhofenschen Pendel demonstriert. Dabei schwingt eine Aluminiumscheibe zwischen den Polschuhen eines starken Elektromagneten. Sobald das Magnetfeld eingeschaltet ist, wird das Pendel beim Eintritt in das Feld angehalten. Die Pendelschwingungen einer geschlitzten Scheibe werden dagegen nur schwach gedämpft, da sich nur schwache Wirbelströme ausbilden können. Im Versuch P3.4.4.2 wird die Funktionsweise eines Wechselstromzählers untersucht. Der Wechselstromzähler hat eine ähnliche Wirkungsweise wie ein Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer. Im Luftspalt zwischen den Polen zweier Magnetsysteme ist eine Aluminiumscheibe drehbar gelagert. Durch das untere Magnetsystem fließt der zu messende Strom, am oberen Magnetsystem liegt die zu messende Spannung an. Es entsteht ein magnetisches Wanderfeld, das in der Aluminiumscheibe Wirbelströme hervorruft. Wanderfeld und Wirbelströme erzeugen ein asynchrones Drehmoment N1 ∝ P proportional zu der zu messenden elektrischen Leistung P. Das Drehmoment beschleunigt die Aluminiumscheibe, bis es mit dem Gegendrehmoment N2 ∝ ω ω: Winkelgeschwindigkeit der Scheibe im Gleichgewicht ist, das ein zusätzlicher Permanentmagnet in der sich drehenden Scheibe erzeugt. Im Gleichgewicht N1 = N2 ist die Winkelgeschwindigkeit der Scheibe daher proportional zur elektrischen Leistung P.

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