Rohrversuch zur Lenz'schen Regel
Geräte und deren Funktion:
Magnetkugel aus Neodym, Kupferrohr
Versuchsaufbau:
Versuchsaufbau zum Rohrversuch
Versuchsdurchführung:
Das Kupferrohr wird senkrecht gehalten und die Magnetkugel oben in das Kupferrohr gesteckt.
Versuchsbeobachtung:
Die Kugel kommt mit starker zeitlicher Verzögerung aus der unteren Öffnung heraus. Es ist ein kratzendes Geräusch dabei zu hören.
Versuchserklärung:
Betrachtet man ein einzelnes Ringsegement des Kupferrohrs findet folgender Vorgang statt:
An einem Ringsegment des Kupferrohrs ändert sich die magnetische Flussdichte B, so dass in diesem Segment eine Spannung induziert wird.
Diese induzierte Spannung bewirkt einen Ringstrom in dem Segment. Dadurch entsteht ein Magnetfeld , das nach der Lenz’schen Regel der Ursache entgegesetzt ist . Dadurch wird die Magnetkugel abgebremst.
Vorgänge im Kupferrohr (halbiert)
Die Kugel wird durch das entgegengesetzte Magnetfeld abgebremst. Sie kann auch kurzzeitig fast zum Stehen kommen. Dann ändert sich das Magnetfeld am Ort des Segments nicht. Deshalb gibt es auch keine induzierte Spannung und auch keinen Ringstrom. Das Magnetfeld des Segments bricht deshalb zusammen.
Die Kugel fällt deshalb weiter. Wenn die Kugel vorbeigeflogen ist, dann ändert sich das Magnetfeld erneut, aber die Änderung ist negativ. Deshalb ist die induzierte Spannung genau umgekehrt zur vorherigen Situation. Damit verläuft der Ringstrom umgekehrt und das Magnetfeld vertausch seine Polung.
Wenn der Vertauschung der Pole im Kreissegment gibt es eine Anziehungskraft, die die Fallbewegung der Kugel wieder abbremst.
Jedes Segment des Kupferrohrs übt die gleichen Kräfte auf die vorbeifallende Kugel aus.
Anwendungen dieses Effekts
Diese Bremswirkung wird bei verschieden technischen Geräten zum verschleißfreien Bremsen verwendet.
Beispiel: "Freier Fall" auf dem Rummel, Achterbahn, Trimmfahrrad, U-Bahn,…
Diese Bremsen werden Wirbelstrombremsen genannt, weil in den Metallteilen Bremsen Wirbelströme induziert werden.
Die Wirbelströme werden durch sich im Kreis bewegende Elektronen verursacht. Diese Elektronen
Bewegen sich um die Feldlinien des Magnetfelds herum. Diese Wirbelströme führen jeweils zu einem Magnetfeld, das der Ursache entgegengesetzt ist. Dadurch kommt es, wie bei dem Kupferrorsegment, zu der Abbremsung.
Erstellt von Mai mit kleinen Ergänzungen durch Herrn Ecker 27.2.21