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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