Ein Effekt der Induktion

Präsentation zum Thema: "Ein Effekt der Induktion"—  Präsentation transkript:

1 Ein Effekt der Induktion
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
Anziehend Abstoßend Die kreisförmigen Magnetfelder um die Ströme im Leiter stoßen das annähernde Magnetfeld ab und ziehen das abwandernde an

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
Blauer Pfeil: Magnetische Feldstärke im Raum zwischen den Spulen S T MP, „Erde“

12 Drehfeld mit Läufer: Prinzip eines Drehstrom-Motors
„Kurzschlussläufer“ einfachster Bauart : Zylinder aus leitendem Material S T MP, „Erde“ 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

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 =)

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

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