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elifly
Anmeldungsdatum: 18.02.2016
Beiträge: 2
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 elifly Verfasst am: 18. Feb 2016 18:26 Titel: Wirbelstrombremsen |
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Meine Frage:
Guten Abend alle zusammen,
Ich habe mich dazu entschlossen eine GFS über das Thema Wirbelströme zu halten. Meine Physiklehrerin will aber das ich noch einige Aufgaben darüber finde und ich habe bis jetzt noch nicht Brauchbares gefunden, vor allem keine Rechenaufgaben. Ich frage deswegen ob hier jemand eine Idee hätte wo ich mal nachschauen könnte oder auch einen Ansatz oder eine Idee für die ein oder andere Aufgabe.
Meine Ideen:
Ich habe einiges über Theorie gefunden aber ich benötige Rechenaufgaben zu der Formel für die Wirbelstrombremse.
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 18. Feb 2016 23:20 Titel: |
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Die Wirkung deiner Wirbelstrombremse ist von der Magnetfeldstärke abhängig, von der wirksamen Fläche, vom elektrischen Leitwert des Materials, aus dem die Bremsscheibe besteht und von der Relativgeschwindigkeit, hier also wohl einer Drehzahl.
Eine lustige, abschließende Überlegung wäre, was passiert, wenn der elektrische Widerstand der Scheibe Null wird, weil sich das Material im Zustand der Supraleitung befindet. Das macht deinen Vortrag bestimmt interessanter.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3392
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| ML Verfasst am: 19. Feb 2016 01:21 Titel: |
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Hallo,
| mkm12 hat Folgendes geschrieben: | Die Wirkung deiner Wirbelstrombremse ist von der Magnetfeldstärke abhängig, von der wirksamen Fläche, vom elektrischen Leitwert des Materials, aus dem die Bremsscheibe besteht und von der Relativgeschwindigkeit, hier also wohl einer Drehzahl.
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ich gehe davon aus, dass Du mit "Relativgeschwindigkeit" die Relativgeschwindigkeit zwischen Magnet und Leiter meinst.
Diese "Relativgeschwindigkeit" wird im Zusammenhang mit Bewegungsinduktion immer wieder bemüht, weil sie intuitiv so klar erscheint. Klar ist in diesem Zusammenhang aber überhaupt nichts. (Bewegungs-)induktion hat nämlich nicht das geringste mit Relativgeschwindigkeiten zu tun.
Beispiel:
Im unteren Bild ist die Faradayscheibe* abgebildet. Das Voltmeter ruht im Laborsystem. Die beiden Scheiben sind drehbar angeordnet.
Es stellt sich experimentell heraus, dass die Spannung U nicht von  , sondern nur von  abhängt.
Folgende Fälle sind zum Verständnis besonders wertvoll:
1) Bei  (keine Relativgeschwindigkeit) messen wir eine Spannung.
2) Bei  (wie unter 1) und  messen wir die gleiche Spannung wie unter 1).
3) Bei  (Relativgeschwindigkeit vorhanden) messen wir hingegen keine Spannung.
Das zeigt, dass es nicht um Relativgeschwindigkeiten, sondern um die (absoluten) Geschwindigkeiten im jeweils betrachteten Bezugssystem geht.
Viele Grüße
Michael
* Wenn wir beim Experiment das Voltmeter gegen einen ohmschen Widerstand austauschen, realisieren wir eine Wirbelstrombremse für Scheibe 1. Insofern bezieht sich das Experiment direkt auf die ursprüngliche Fragestellung.
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 19. Feb 2016 14:23 Titel: |
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An ML:
Das hast du sehr schön erläutert, aber:
Kann es sein, dass du am Thema vorbeigelaufen bist?
Wenn ich mich recht erinnere, hat eine Wirbelstrombremse keinen Schleifkontakt.
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 19. Feb 2016 15:14 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | | Diese "Relativgeschwindigkeit" wird im Zusammenhang mit Bewegungsinduktion immer wieder bemüht, weil sie intuitiv so klar erscheint. Klar ist in diesem Zusammenhang aber überhaupt nichts. (Bewegungs-)induktion hat nämlich nicht das geringste mit Relativgeschwindigkeiten zu tun. |
Na ja, bei der Wirbelstrombremse hat die Bremswirkung durchaus etwas (sogar alles) mit der Relativgeschwindigkeit zwischen Magnet und Leiterplatte zu tun. Entscheidend ist dabei die Inhomogenität des Magnetfeldes im Bereich der Leiterplatte. In Deiner Anordnung ist das Feld aber homogen und zeitlich unveränderlich und hat deshalb, selbst wenn das Voltmeter durch einen niederohmigen Widerstand ersetzt wird, nicht unmittelbar etwas mit dem eigentlichen Prinzip der Wirbelstrombremse zu tun, das, wie gesagt, auf der Inhomogenität des Magnetfeldes beruht.
Deine Anordnung lässt sich zu einer echten Wirbelstrombremse "umbauen", indem der rotierende Permanentmagnet exzentrisch angeordnet wird. In diesem Szenario ist die in der Alu-Scheibe induzierte Spannung und der dadurch verursachte Wirbelstrom neben der Leitfähigkeit der Scheibe und der Stärke des Magnetfeldes ganz entscheidend von der Relativgeschwindigkeit der beiden Scheiben abhängig. Die Inhomogenität des Magnetfeldes ist dadurch gegeben, dass nur in einem bestimmten Bereich ein Magnetfeld existiert, in anderen Bereichen der "Bremsscheibe" aber nicht. Nur so können sich Wirbelströme ausbilden.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3392
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| ML Verfasst am: 20. Feb 2016 01:50 Titel: |
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Hallo,
| GvC hat Folgendes geschrieben: |
Na ja, bei der Wirbelstrombremse hat die Bremswirkung durchaus etwas (sogar alles) mit der Relativgeschwindigkeit zwischen Magnet und Leiterplatte zu tun. Entscheidend ist dabei die Inhomogenität des Magnetfeldes im Bereich der Leiterplatte. In Deiner Anordnung ist das Feld aber homogen und zeitlich unveränderlich und hat deshalb, selbst wenn das Voltmeter durch einen niederohmigen Widerstand ersetzt wird, nicht unmittelbar etwas mit dem eigentlichen Prinzip der Wirbelstrombremse zu tun, das, wie gesagt, auf der Inhomogenität des Magnetfeldes beruht.
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Wir verstehen unter Wirbelstrombremse offenbar etwas anderes. Mir reicht es aus, wenn die Bewegung der Scheibe einen Strom erzeugt, der dann die Scheibe bremst. Du zielst viel stärker auf eine typische Anordnung. (Mir war gar nicht bewusst, dass der Begriff "Wirbelstrom" teilweise deutlich enger gefasst wird als ich das hier mache.)
Du sagst nun, das wesentliche Unterscheidungskriterium sei die Inhomogenität des Magnetfeldes. Ich denke, irgendwo muss auch noch der Begriff "Symmetrie" rein. Denn angenommen, wir verwenden bei der Faradayscheibe in der Umgebung der Aluminiumscheibe ein B-Feld B=B(r) mit r=Abstand zur Drehachse, also beispielsweise
=B_0 \cdot (1+k \cdot r))
mit einer geeigneten Konstanten k.
Dann haben wir (wie gewünscht) ein inhomogenes B-Feld und brauchen zum Bremsen trotzdem noch den "zusätzlichen" Kurzchluss (im Beispiel der Schleifkontakt).
Viele Grüße
Michael
Zuletzt bearbeitet von ML am 20. Feb 2016 02:22, insgesamt einmal bearbeitet |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3392
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| ML Verfasst am: 20. Feb 2016 02:11 Titel: |
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Hallo,
| mkm12 hat Folgendes geschrieben: | An ML:
Das hast du sehr schön erläutert, aber:
Kann es sein, dass du am Thema vorbeigelaufen bist?
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Ja und nein. Ja, weil ich von der üblichen Anordnung einer Wirbelstrombremse abweiche und nein, weil ich Wirbelströme zum Bremsen verwende.
Deine Supraleitungsanordnung ist allerdings auch recht interessant. Ich ahne ja schon, dass man da recht schnell auch über die parasitäre Induktivität eines Supraleiters zu sprechen kommt.
| Zitat: | | Wenn ich mich recht erinnere, hat eine Wirbelstrombremse keinen Schleifkontakt. |
Ok, einverstanden. Schleifkontakte sind zugegebenermaßen ein wenig fehleranfällig. Lass uns eine Art Käfigläufer verwenden, der sich (wie im Bild angedeutet) mitdreht und der über eine zweite Aluscheibe mit der Achse verbunden ist*.
Viele Grüße
Michael
*Die zweite Aluscheibe sollte sich in einiger Entfernung zum Magneten befinden (idealerweise "außerhalb" von dessen B-Feld).
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 20. Feb 2016 02:28 Titel: |
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Ich habe mich wohl etwas ungenau ausgedrückt, dachte aber (offenbar fälschlicherweise), dass meine Ausführungen das Wesentliche klargemacht hätten. Das Magnetfeld muss natürlich in Bewegungsrichtung inhomogen sein. Entscheidend war für mich nur, darauf hizuweisen, dass bei der klassischen Wirbekstrombremse die Relativgeschwindigkeit zwischen Magnet und Bremsscheibe durchaus von Bedeutung ist und deshalb Dein Beitrag, der zwar richtig und in anderem Zusammenhang durchaus wichtig ist, das eigentliche Thema ein biscchen verfehlt hat (mkm12 hatte das ja bereits angemerkt) und sogar dazu führen könnte, den Fragesteller auf eine falsche Fährte zu leiten oder ihn zumindest zu verwirren. Der soll einen Vortrag über die Wirbelstrombremse halten und nicht über die Faradayscheibe. Er könnte aber die Faradayscheibe als zusätzliches Beispiel mit aufführen und darauf hinweisen, dass auch dabei unter bestimmten Voraussetzungen, die andere sind als bei der klassischen Wirbelstrombremse, eine Bremswirkung auftritt. Als Beispiel für eine Wirbelstrombremse ist die Faradayscheibe allerdings ungeeignet.
Ich verstehe übrigens Wirbelströme als magnetisch induzierte Ströme, die in ausgedehnten Leitern herum"wirbeln", deren Stromdichtelinien also im Leiter in sich geschlossen sind und keine festen Bahnen haben. Mit dieser Vorstellung befinde ich mich in durchaus guter Gesellschaft.
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 20. Feb 2016 02:37 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | | Ja, weil ich von der üblichen Anordnung einer Wirbelstrombremse abweiche und nein, weil ich Wirbelströme zum Bremsen verwende. |
Das magst Du so sehen und das sei Dir auch zugestanden. Aber eigentlich wirbelt da in Deiner Anordnung gar nichts, der Strom fließt ausschließlich in radialer Richtung. Wenn Du den auch als Wirbelstrom bezeichnen willst, will ich Dich nicht davon abhalten. Wir leben in einem freien Land, in dem jeder seine Meinung frei äußern kann.
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elifly
Anmeldungsdatum: 18.02.2016
Beiträge: 2
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| elifly Verfasst am: 23. Feb 2016 19:41 Titel: |
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Hallo Danke erstmal an alle die hier so fleißig geantwortet haben, ich habe leider jetzt erst gemerkt das hier antworten gefolgt sind. Eine Frage bleibt mir noch zu einer der Antworten von mkm12. Was genau meinst du mit supraleitender Wirkung des Materials, also wie soll es denn in einen supraleitenden Zustand kommen ?
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