Big Bang HTL 3, Schulbuch

52 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Formel: Induktionsgesetz für eine Schleife U ind = – ∆ Φ ___ ∆ t U ind …. Induktionsspannung [V] Φ …magnetischer Fluss [Wb] Weber Wie kommt das Minus in die Gleichung? Das ist eine Über- einkunft. Man möchte damit ausdrücken, dass das induzier- F te Magnetfeld immer so gerichtet ist, dass es seiner Ursa- che entgegenwirkt. Man nennt das die Lenz’sche Regel und sie ergibt sich aus dem Energieerhaltungssatz. Warum? Nimm an, du ziehst den Stabmagneten aus der Spule he- raus (Abb. 5.35 a). Würde sich das Magnetfeld in der Spule umgekehrt einstellen, dann würde der Stabmagnet von ihr abgestoßen und zusätzlich beschleunigt werden. Damit könnte man aus dem Nichts Energie gewinnen, was eben nicht geht ( F12 ). CLIL – Coin acceptor and tachometer In a coin acceptor , the weight and electrical resistance are first measured on the holder (Fig. 5.32 a). Then the coin rolls past magnets (b) and is slowed by eddy currents. The strength of the slowing is material-dependent. If the characteristics do not match, the machine rejects the coin. In a Tachomete r, a permanent magnet rotates under a spoked metal wheel (Fig. 5.33) which is attached to a spiral spring. The eddy currents produce a force which rotates the wheel and the pointer mounted upon it. The faster the car travels, the faster the magnet turns and the stronger the eddy currents. The torque exer- ted by the spoked wheel on the spiral spring increases and the pointer travel increases accordingly. In modern cars, the frequency of the wheels is measured with microcon- trollers and converted into speed. Exercise: Where are eddy currents used für breaking? And what is the advantage of this type of brakes? i Fig. 5.31: Schematic representation of the coin acceptor: At b, the electromagnetic induction is checked. Fig. 5.32: Eddy currents turn the tacho’s needle. Top: view from the side; Bottom: top view. Der langsame Fall Mit einem Kupferrohr und einem Magneten lässt sich die Wirkung von Wirbelströmen eindrucksvoll demonstrieren. Material – Kupferrohr – starker, kurzer Rundmagnet (z. B. Neodymmagnet), der im Kupferrohr nicht verkantet – Eisenstück mit den Abmessungen des Magneten Aufbau und Durchführung In ein Kupferrohr bohrt man auf einer Linie im gleichmäßi- gen Abstand von etwa 5 cm Löcher (siehe Abb. 5.34). Die dabei im Rohrinneren entstandenen Grate müssen sorg- fältig entfernt werden! Durch die Löcher kannst du später dann den Magneten beobachten. Lässt du durch das senkrecht gehaltene Rohr das Eisenstück fallen, so be- obachtest du eine gleichförmig beschleunigte Fallbewe- gung. Lässt du dagegen durch das senkrecht gehaltene Rohr den Magneten fallen, so beobachtest du eine lang- same gleichförmige Bewegung. Die Fallzeit ist um ein Vielfaches länger. Erklärung Bewegt man ein Stück Kupfer durch ein Magnetfeld, so werden in ihm Wirbelströme induziert, deren magnetische Wirkung nach der Lenz’schen Regel die Bewegung bremst. Der Magnet wird nach dem Loslassen also nicht nur durch den Luftwiderstand gebremst, sondern auf Grund der In- duktion auch durch eine viel stärkere Kraft, die vom Betrag der Geschwindigkeit abhängt. Es ist ähnlich wie bei der Wirbelstrombremse in Abb. 5.36. Es stellt sich ein stabiles dynamisches Gleichgewicht zwischen Gewichtskraft und Bremskraft ein, so dass der Magnet nach dem Trägheitsge- setz mit konstanter Geschwindigkeit fällt. Je stärker der Magnet ist, desto eher wird der Gleichgewichtszustand erreicht und desto geringer ist die konstante Fallge- schwindigkeit. e Abb. 5.33 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv