zum Directory-modus

Magnetische Induktion

Wirbelströme

Wir erinnern uns an den Versuch, in dem eine Leiterschleife senkrecht von einem sich ändernden magnetischen Feld durchsetzt wird. An den Enden der Leiterschleife kann dann eine Induktionsspannung U i n d d B / d t gemessen werden. Was passiert nun, wenn man die Enden in Kontakt bringt, anstatt zwischen ihnen eine Spannungsmessung durchzuführen? Die Leiterschleife ist dann geschlossen und die Ladungsträger, die sich zuvor an den offenen Enden gesammelt und die Induktionsspannung gebildet haben, können nun frei entlang der Leiterschleife fließen. In der Leiterschleife fließt jetzt also ein elektrischer Induktionsstrom im Kreis, der nach dem Ohm'schen Gesetz genau wie die Induktionsspannung proportional zur Magnetfeldänderung ist:

I i n d d B / d t .

Ersetzt man nun die Leiterschleife durch eine Leiterplatte, so bilden sich in ihrem Inneren unter dem Einfluss der Magnetfeldänderung ebenfalls elektrische Ströme. Diese Ströme sind geschlossen und überkreuzen sich nicht. Ist die Magnetfeldänderung nur auf einen Punkt beschränkt, so handelt es sich bei den Strömen um konzentrische Kreise. Ihre Richtung lässt sich mit der bekannten Rechte-Faust-Regel ermitteln, wobei der Daumen diesmal in Richtung der Magnetfeldänderung d B / d t zeigt. Die Finger der Faust geben dann die Richtung der induzierten elektrischen Wirbelströme an.

Abb.1

Rechte-Faust-Regel mit d B / d t und I

Waltenhofen'sches Pendel

Eine Leiterplatte wird – als Pendel aufgehängt – in ein Magnetfeld bewegt. Beim Eintritt in das Magnetfeld erfährt die Platte eine Änderung des magnetischen Flusses. Durch die Lorentz-Kräfte auf die Elektronen entsteht in der Platte ein Stromfluss I i n d . Der Stromfluss ist geschlossen, d.h. es handelt sich um Wirbelströme.

Nach der Lenz'schen Regel sind die Wirbelströme so gerichtet, dass sie Ihrer Ursache entgegen wirken. Das bedeutet, die Wirbelströme selbst erfahren wiederum Kräfte, die der Bewegungsrichtung entgegengesetzt sind. Das Pendel wird deutlich abgebremst. Dies ist das Prinzip der Wirbelstrombremse.

Um zu zeigen, dass tatsächlich die Wirbelströme in der Platte für die bremsende Wirkung verantwortlich sind, kann man Schlitze in die Platte schneiden, welche das Fließen von Wirbelströmen weitgehend unterbinden. Dementsprechend wird eine solche Platte auch nicht merklich abgebremst, wenn sie in das Magnetfeld eintritt.

Abb.2

Waltenhofen’sches Pendel mit normaler und geschlitzter Aluminiumplatte. Die Stromstärke durch die Spule wird am Digitalmultimeter angezeigt (ca. 900 mA).

Seite 8 von 11