Stiftung PHÄNOMENTA Lüdenscheid

Wirbelstromschleuder

Lfdn Nr 133Lasse den Aluminiumring fliegen!

WORUM GEHT ES?
Ein elektrischer „Hau den Lukas“: Nicht per Holzhammer, sondern auf Knopfdruck wird ein Aluminiumring nach oben geschleudert. Falls ihr Magnetkräfte hinter diesem Trick vermutet, liegt ihr nicht ganz falsch.

WESHALB IST DAS SO?
In einer Spule aus Kupferdraht steckt ein Eisenstab, der senkrecht nach oben ragt und locker von einem Aluminiumring umschlossen ist. Im Ruhezustand liegt dieser Ring unten nahe der Drahtspule auf. Nach Betätigen des Knopfes fließt durch diesen Draht elektrischer Strom. Wie Christian Ørsted bereits 1820 entdeckte, entsteht um einen stromdurchflossenen Leiter ein magnetisches Feld. Wickelt man die einzelnen Drähte wie bei dieser Station auf einer Spule auf, überlagern sich die jeweiligen magnetischen Felder zu einem „resultierenden Feld“. Dieses wirkt in Richtung Spulenachse, d. h. seine Feldlinien zeigen in Richtung Achse. Durch Einschieben eines Eisenkerns in die Spule wird das entstehende magnetische Feld zusätzlich verstärkt, weil sich die im Eisen natürlich vorhandenen, ungeordneten magnetischen Bereiche entlang der Feldlinien des Magnetfeldes der Spule anordnen.

Diese Station wird mit Wechselstrom aus der Steckdose betrieben, sodass sich die Richtung des Magnetfeldes 50 Mal in der Sekunde ändert. „Ändern“ bedeutet in diesem Fall, dass Nordpol und Südpol die Richtung tauschen. Durch das in dieser Weise sich ständig ändernde Magnetfeld wird in den geschlossenen Aluminiumring eine Wechselspannung induziert („hinein geführt“). Dadurch fließt nun auch durch den Ring ein elektrischer Wechselstrom. Im Grunde ist der Ring die Sekundärspule mit nur einer Windung in einem Trafo.

Der im Ring induzierte Wechselstrom erzeugt wiederum ein magnetisches Feld, das sich im gleichen Rhythmus ändert wie das Magnetfeld der Spule. Aus Gründen der  Energieerhaltung ist das Magnetfeld, das um den Ring entsteht, dem Feld der Spule entgegen gerichtet. Daraus folgt, dass sich Ring und Spule gegenseitig abstoßen. Das lässt den Ring beim Einschalten des Stroms zunächst weg von der Spule in die Höhe schießen, da dort die magnetische Kraft geringer als unten an der Spule ist. Anschließend sinkt er auf dem Eisenstab bis auf ein Niveau ab, auf dem sich magnetische Kräfte und Gewichtskraft kompensieren.

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