Magentisch induzierter Stromfluss in einem Rohr

Yoddi · Anmeldungsdatum: 15.02.2013 Beiträge: 3

Meine Frage:
Ich versuche zu verstehen, was in einem dünnwandigen, rohrförmigen Leiter geschieht, wenn er einem hochfrequenten Magnetfeld ausgesetzt wird.
Dabei geht es mir vor allem darum, was für ein Stromfluss induziert wird und wovon dieser abhängt bzw wie man ihne beeinflussen kann.

Gegeben:
-Rohrförmiger Leiter (z.b. Wandstärke x=5µm, Durchmesser d=5mm, Länge l=500mm)
-Hochfrequentes Magnetfeld im Mhz-Bereich

Fragen:
-Was passiert, wenn das "Rohr" an einer Stelle unterbochen wird? Also kein O-Querschnitt mehr vorhanden ist, sondern nur noch eine Art C.
-Was für eine Rolle spielt die Frequenz des Magnetfeldes bei der Sache?
-Was passiert, wenn man das Rohr relativ zum Magnetfeld dreht?
-Hat eine geringe Schichtdicke von wenigen Mikrometern einen Einfluss darauf?

Meine Ideen:
Stromfluss:
In der Industrie werden Metallrohre per Induktion beheizt. Sprich durch ein magnetisches Wechselfeld werden Wirbelströme induziert. Soweit ich weiß, ist diese induzierte Stromrichtung immer entgegengesetzt zur Ursache, also der Stromrichtung in der Spule. Somit müsste er kreisförmig parallel zum Rohrquerschnitt verlaufen (Also dem O des Rohres folgen). Ungefähr so, als wäre das Rohr ein Stapel von Leiterschleifen.

Unterbrechen der "Leiterschleife" ( O -> C ):
Da der Strom jetzt nicht mehr vollständig im Kreis fließen kann, müsste sich an den beiden Enden des C's eine Spannung aufbauen, da die Elektronen so weit im Kreis fließen wie sie können. Dadurch würde auf der einen Seite eine Elektronenansammlung entstehen und auf der anderen Seite eine Elektronenarmut.

Frequenz:
Über die Rolle der Frequenz des Wechselfeldes bin ich mir dabei nicht klar. Ich vermute, dass bei hohen Frequenzen die Elektronen nicht genug Zeit haben um sich durch den gesamten Leiter zu bewegen und die entgültige Spannung aufzubauen. Oder ist das bei einigen Mhz noch völlig unproblematisch? Spielt der Widerstand des Leiters dabei eine Rolle, wie schnell sich die Elektronen bewegen können?
Jetzt würde mich besonders interessieren, ob es durch die Unterbrechung des O's nur zu einem kurzzeitigen Ladungsflusses kommt, oder über die gesamte Zeit des Magnetfeldaufbaus mit einem Stromfluss zu rechnen ist.

Ändern der Leiterlage:
Was passiert aber, wenn der O-Querschnitt (bzw C-Querschnitt) nicht mehr senkrecht auf den sich auf- und abbauenden Feldlinien stehen? Im extremfall parallel dazu sind? Müsst dann ein Strom längs des Leiters entstehen? Oder entstehen kleine Wirbel in der Oberfläche bzw in der Wandstärke?

Schichtdicke:
Wenn die Wirbel in der Wandstärke entstehen, müsste eine geringe Schichtdicke diese doch eigentlich unterbinden. Sprich es dürfte kein Strom induziert werden.

Ich hoffe mal, ich habe mich verständlich genug ausgedrückt.

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Die Querschnitfläche von deinem Röhrchen ist zu klein gegenüber der Spulengröße, die induzierte Spannung mickrig.

Yoddi · Anmeldungsdatum: 15.02.2013 Beiträge: 3

Zunächst mal danke für die Illustration ^^.

Aber ich glaub da hab ich eine etwas missverständliche Botschaft mit meiner Herleitung gesendet.
Mir geht es nicht darum, ob man das Röhrchen induktiv erhitzen könnte, sondern eher darum die auftretenden Wechselwirkungen zu verstehen und welchen Einfluss die Geometrie und die Lage auf das ganze hat.
Also auch darum, ob überhaupt ein Stromfluss auftritt, oder ob dieser durch die C-Form unterdrück wird.
Mir fehlt diesbezüglich die praktische Erfahrung und der theoretische Tiefgang um sowas abschätzen zu können.

Yoddi

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Angenommen die Spule hat N1 =500 Windungen, dann ist schon die Induzierte Spannung in deinem Röhrchen mit Schlitz 1/500, vorausgestzt dein Röhrchen hat glechen Durchmeser wie die Spule selbst(Einzelwindung N2=1). Da aber dein Röchrchen X-Mal kleineren Durchmesser hat, wird die induzierte Spannung X² kleiner.
Fazit. Ist die Spannung an der Spule U1= 225 Volt, N1/N2 =500, X = 30.
Die induzierte Spannung ist dann U2 = 225/500/900 =0,5 mV.
Die Verlüste am Innenwiderstand der Spule nicht berückssichtigt.
http://www.elektroniktutor.de/bauteile/trafo.html

P.S. Es hilft dir nicht viel die Frequenz der Spannung zu erhöhen - lediglich die Güte der Spule wird steigen, mehr an Ausgangsspannung (die ich grob eingeschätzt habe) bekommst du nicht. So ein Röhrchen mit einem Schlitz wird sich induktiv kaum erwärmen, da die Wirbelströme durch den Schlitz untrbrochen sind.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8584

Ich würde mal Anfangen mit: Wellenleitern, Verluste bei Wellenleitern, ...

Yoddi · Anmeldungsdatum: 15.02.2013 Beiträge: 3

Ok, vielen Dank für eure Hilfe.
Ich glaub meine Frage ist soweit beantwortet, dass ich die Details noch selbst raus finde. Augenzwinkern