 |
Elektrizitätslehre |
• Waltenhofensches Pendel: Demonstration einer Wirbelstrombremse
• Demonstration der Funktionsweise eines Wechselstromzählers
| 1. Funktion 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. 2. Versuche Im ersten Versuch 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 (Regler auf "Dämpfung max.", Taster "Dämpfung EIN" drücken), 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 zweiten Versuch 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.
-W