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Polski🌀 Wirbelströme
Interaktive Wirbelstrom-Simulation: Lass einen Magneten durch ein leitendes Rohr fallen und beobachte das Lenzsche Gesetz in Aktion. Passe Leitfähigkeit, Magnetstärke und Rohrmaterial an.
Über diese Simulation
Wirbelströme sind Stromschleifen, die in einem Leiter induziert werden, wenn dieser einem sich ändernden Magnetfluss ausgesetzt ist, wie es das Faradaysche Induktionsgesetz beschreibt. Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugen diese zirkulierenden Ströme ihr eigenes Magnetfeld, das der sie verursachenden Änderung entgegenwirkt und eine Bremskraft erzeugt. Dieses Phänomen wird bei Magnetbremsen in Achterbahnen und Hochgeschwindigkeitszügen, Induktionskochfeldern und Metalldetektoren genutzt.
🔬 Was gezeigt wird
Ein Permanentmagnet fällt durch ein leitendes Rohr. Du kannst die elektrische Leitfähigkeit und Wandstärke des Rohrs variieren, um zu beobachten, wie sich die induzierte Bremskraft ändert.
🎮 Bedienung
Wähle ein Material (Cu/Al/St/Kunststoff), stelle Feldstärke B0 und Masse ein und lass den Magneten mit „Fallen lassen“ los.
💡 Wusstest du schon?
Kupfer (58 MS/m) und Aluminium (37 MS/m) sind weit besser als Stahl (etwa 6 MS/m), weshalb Wirbelstrombremsen in Zügen Aluminium- oder Kupferlamellen statt Eisen verwenden.
Häufig gestellte Fragen
Warum fällt ein Magnet langsam durch ein Kupferrohr?
Während sich der Magnet bewegt, induziert sein sich änderender Fluss Wirbelströme in der Rohrwand. Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugen diese Ströme ein Magnetfeld, das der Bewegung entgegenwirkt und eine aufwärts gerichtete Bremskraft erzeugt.
Wie beeinflusst die Wandstärke die Bremskraft?
Bei einem dünnwandigen Rohr ist die Bremskraft ungefähr proportional zum Quadrat der Wandstärke und zur Leitfähigkeit des Materials. Eine Verdopplung der Wandstärke vervierfacht ungefähr den induzierten Widerstand bei niedrigen Geschwindigkeiten.
Was ist die Endgeschwindigkeit in diesem Zusammenhang?
Die Endgeschwindigkeit wird erreicht, wenn die elektromagnetische Bremskraft der Schwerkraft auf den Magneten entspricht, sodass seine Beschleunigung null wird.
Welche Materialien erzeugen die stärkste Wirbelstrombremsung?
Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit erzeugen die stärksten Wirbelströme. Kupfer (58 MS/m) und Aluminium (37 MS/m) sind weit besser als Stahl (etwa 6 MS/m).
Sind Wirbelströme immer unerwünscht?
Nein. Sie werden gezielt in Induktionskochfeldern, Magnetbremssystemen, Wirbelstromdämpfern in Seismometern und elektromagnetischen Durchflussmessern genutzt. In Transformatorkernen sind sie unerwünscht, da sie Leistungsverluste verursachen.
Wie hängen Wirbelströme mit magnetischer Levitation zusammen?
Bewegt sich ein Leiter schnell an Magneten vorbei, können die induzierten Wirbelströme neben Widerstand auch eine abstoßende Hubkraft erzeugen. Dieses Prinzip liegt der elektrodynamischen (Halbach-Array-)Schwebetechnik einiger Magnetschwebebahnen zugrunde.