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Wirbelströme Ein Effekt der Induktion. Inhalt Entstehung von Wirbelströmen Kräfte und Bewegung durch Wirbelströme Anwendungen.

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Präsentation zum Thema: "Wirbelströme Ein Effekt der Induktion. Inhalt Entstehung von Wirbelströmen Kräfte und Bewegung durch Wirbelströme Anwendungen."—  Präsentation transkript:

1 Wirbelströme Ein Effekt der Induktion

2 Inhalt Entstehung von Wirbelströmen Kräfte und Bewegung durch Wirbelströme Anwendungen

3 Bewegung durch Wirbelströme Ein Magnet mit senkrecht zum Leiter gerichteter Feldstärke wird von links über einen Leiter bewegt: Es entsteht eine Kraft in Bewegungsrichtung

4 Entstehung der Wirbelströme Bei Bewegung eines leitenden Materials in einem inhomogenen Magnetfeld beschleunigt die Lorentzkraft die Ladungsträger zu einem Strom senkrecht zur Richtung von Feld und Geschwindigkeit Zum Ladungsausgleich fließt der Strom im Magnetfeld freien Raum wieder zurück –Ein Magnet-feldfreier Raum im Leiter ist daher Voraussetzung für Wirbelströme (inhomogenes Magnetfeld) Wirbelströme bezeichnet die Gesamtheit dieser Ströme Wirbelströme fließen als Kurzschluss-Ströme praktisch ohne Widerstand auf geschlossenen Pfaden

5 Lorentzkraft und Wirbelströme Die Lorentzkraft bewegt die Ladungsträger (orange) im Material nach unten, es entstehen Ströme (dicke blaue Pfeile). Die Ladungsträger nähern sich von rechts dem Magnetfeld.

6 Ladungsausgleich in Wirbelströmen Zum Ladungsausgleich fließt der Strom im Magnetfeld freien Raum wieder zurück

7 Kräfte zwischen Magnetfeldern Die kreisförmigen Magnetfelder um die Ströme im Leiter stoßen das annähernde Magnetfeld ab und ziehen das abwandernde an Abstoßend Anziehend

8 Kräfte durch Wirbelströme Die Magnetfelder um die im Leiter induzierten Ströme sind dem bewegten Magnetfeld entgegengesetzt (Lenzsche Regel): –Abstoßend gegenüber dem nahenden Feld –Anziehend gegenüber dem davoneilenden Feld Es resultiert eine Kraft Die Beschleunigung durch diese Kraft gleicht die die Geschwindigkeiten von Leiter und Magnetfeld an

9 Bewegung durch Wirbelströme Es entsteht eine Kraft in Bewegungsrichtung

10 Anwendungen Rotor im Drehstrom-Feld, Kurzschlussläufer Tachometer Antrieb Schwingungs-Dämpfung Wirbelstrom Bremse in Schienenfahrzeugen Sind Wirbelströme unerwünscht, dann können die Strompfade unterbrochen werden, z. B. durch Lamellierung des Leiters

11 Magnetfeld in einem Drehstrom-Motor R S T MP, Erde Blauer Pfeil: Magnetische Feldstärke im Raum zwischen den Spulen

12 Drehfeld mit Läufer: Prinzip eines Drehstrom-Motors R Die Wirbelströme im Läufer koppeln den Läufer an das Magnetfeld, aber mit Schlupf: Das maximale Drehmoment wird bei etwa 15% Schlupf zwischen Drehfeld und Läufer erreicht S T MP, Erde Kurzschlussläufer einfachster Bauart : Zylinder aus leitendem Material

13 Wirbelstrombremse im ICE 3 Die in den Drehgestellen gelagerten Spulen liegen nur mm über den Schienen Quelle und ausführliche Info: Wirbelstrombremse_im_ICE_06meier-credner[1].pdf (Kopie aus credner.pdf =)Wirbelstrombremse_im_ICE_06meier-credner[1].pdf

14 Funktion der Wirbelstrombremse im ICE 3 Orange: In der Schiene induzierte Ströme Blau: Magnetfelder

15 Versuch: Wirbelstrombremse, in der Rinne ablaufende Kugel, … evtl. Tachometer

16 Zusammenfassung Wird ein leitendes, von einem Magnetfeld durchquertes Material in Bewegung versetzt, dann entstehen durch die Lorentzkraft Ströme, die im feldfreien Gebiet vor und hinter dem Magnetfeld zurück laufen Wirbelströme bezeichnet die Gesamtheit dieser Ströme, sie fließen als Kurzschluss-Ströme praktisch ohne Widerstand auf geschlossenen Pfaden Die Magnetfelder um die im Leiter induzierten Ströme sind dem bewegten Magnetfeld entgegengesetzt (Lenzsche Regel): Es resultiert eine Kraft Die Beschleunigung durch diese Kraft gleicht die Geschwindigkeiten von Leiter und Magnetfeld an Einige Beispiele für Anwendungen: –Rotoren in Asynchron-Drehstrom Motoren Das Drehfeld induziert Wirbelströme im Rotor, die dadurch erzeugten Kräfte versetzen ihn in Rotation –Wirbelstrombremsen Schwingungsdämpfung Bremsen bei Schienenfahrzeugen

17 Finis


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