Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

66 Elektromagnetische Felder und Kräfte 15 Beispiel Stromzähler In einem Stromzähler erzeugen zwei stromdurch- flossene Spulen veränderliche Magnetfelder. Im Laufe einer Periode des Wechselstromes verän- dern sich sowohl Betrag als auch Orientierung der magnetischen Induktion der beiden Felder. Die Spannungs- und die Stromspule sind räumlich so angeordnet, dass die zugehörigen Magnetfelder in der Scheibe einander so überlagern, dass sich ein drehendes Magnetfeld ergibt. Ähnlich wie im Versuch von Arago wird dadurch eine drehbare Aluminiumscheibe in Bewegung gesetzt. Je größer der„Verbrauch“ an elektrischer Energie im Haushalt ist, desto stärker ist der Strom, der durch die Strom- spule fließt. Ein größerer Strom in der Stromspule bewirkt jedoch eine höhere Winkelgeschwindigkeit der Scheibe. Der im Zähler eingebaute Dauermag- net dämpft die Bewegung der Aluminiumscheibe. Ein Zählmechanismus setzt die gezählten Umdre- hungen der Scheibe in die abzulesenden Maßzah- len für die verwendete elektrische Energie um. A2 Erkläre diesen Versuch mit Hilfe der Lenz´schen Regel! Gehe dabei besonders auf die Drehrichtung der Scheibe ein! Versuch Thomson´sche Kanone (Lehrerversuch) In eine Spule wird ein Eisenkern gesteckt, der auf einer Seite der Spule herausragt. Dort wird ein Me- tallring aufgelegt. Versorgt man die Spule mit Wech- selstrom, so wird der Metallring abgestoßen. Erklärung: Die Stromrichtung und damit die Richtung des Magnetfelds ändert sich entsprechend der Frequenz des Wechselstroms (50 Hz). Dadurch kommt es zu einer raschen Änderung der magnetischen Induktion und da- mit zu starken Wirbelströmen, die den felderzeugenden Strömen entgegengesetzt sind. Das magnetische Feld der Wirbelströme ist so stark, dass der Ring abgestoßen wird. Wird die Ausbildung der Wirbelströme durch einen Spalt im Ring behindert, bleibt der Ring beim Ein- schalten des Elektromagneten liegen. A1 Funktioniert der Versuch auch mit Gleichstrom? A3 Suche den Stromzähler für euren Haushalt! Abb. 66.2 links: Stromzähler Rechts: Elektronisches Smart Meter Abb. 66.3 Stromzähler (Prinzipskizze) Dauermagnet Spannungsspule Stromspule Aluminiumscheibe n Versuch Fallen alle Körper gleich schnell? Ein stabförmiger Permanentmagnet und ein gleich- artig geformter Eisenzylinder werden in je ein senkrechtes Metallrohr (Länge ≈ 1,5 m) eingeführt und gleichzeitig ausgelassen. Der Magnet kommt gegenüber dem Eisenstab deutlich verzögert am unteren Ende der Röhre an, da sich im Metallrohr Wirbelströme ausbilden. Die dafür nötige Energie stammt aus der potentiellen Energie des fallenden Magneten. Daher wird nicht seine gesamte potenti- elle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Versuch Versuch nach Arago Eine drehbare Kupfer- oder Aluminiumscheibe und ein Hufeisenmagnet werden entsprechend der Abbildung 66.1 angeordnet. Setzt man den Hufeisenmagnet in Rotation, beginnt sich auch die Metallscheibe zu drehen. Abb. 66.1 Versuch nach Arago. Der Magnet rotiert etwa 1 cm über der Metallscheibe, welche sich in Bewegung setzt, obwohl sie nicht ferromagnetisch ist. Alu- oder Kupferscheibe Obwohl die Scheibe nicht ferromagentisch ist, rotiert sie mit. rotierender Dauermagnet Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv