Wir­bel­ströme

Wir­bel­ströme (engl. Eddy Cur­r­ents) ent­ste­hen, wenn sich metal­li­sche Lei­ter im Bereich eines inho­mo­ge­nen Magnet­felds bewe­gen. Sie sind die phy­si­ka­li­sche Grund­lage für tech­ni­sche Anwen­dun­gen wie ver­schleiß­freie Brem­sen von Eisen­bahn­zü­gen, Ach­ter­bah­nen und Fitness­ge­rä­ten, aber auch für moderne Koch­herde mit Induktionskochfeldern. 

Wir­bel­strom­bremse im Ver­gnü­gungs­park.
Ste­fan Scheer, High­Fall Bra­kes, CC BY-SA 3.0

Wir­bel­strom­bremse am ICE. S. Ter­floth, WB ICE‑S, CC BY-SA 2.0 DE

Wir­bel­ströme bei einer linea­ren Bewe­gung. Die Wir­bel­ströme erzeu­gen magne­ti­sche Momente (blau), die eine Wech­sel­wir­kung mit dem äuße­ren Magnet­feld (grün) ein­ge­hen. Diese Kraft­wir­kung sorgt für das Bremsen.

Wir­bel­ströme bei einer rotie­ren­den Scheibe.

Wie ent­ste­hen Wirbelstöme?

Auf­ga­ben

1. Über­trage die Skizze der Kup­fer­scheibe im Magnet­feld in dein Heft.
2. Im Bereich des homo­ge­nen Magnet­fel­des stellt sich ähn­lich wie beim Hall­ef­fekt ein Kräf­te­gleich­ge­wicht für die auf die frei beweg­li­chen Elek­tro­nen ein. Skiz­ziere diese Kräfte mit Pfei­len, sym­bo­li­siere ( + ‒ ) die sich ein­stel­lende Ladungs­ver­tei­lung und zeichne Feld­li­nien ein.
3. Skiz­ziere im äuße­ren Rand­be­reich des Magnet­fel­des Feld­li­nien des elek­tri­schen Fel­des. Tipp: Denke an das Feld eines Plat­ten­kon­den­sa­tors im Rand­be­reich. Beschreibe die Bahn, die Elek­tro­nen unter dem Ein­fluss des elek­tri­schen Fel­des einschlagen.
4. Dadurch, dass Elek­tro­nen nach außen aus dem Magnet­feld her­aus­wan­dern, wird das Kräf­te­gleich­ge­wicht im Inne­ren des Magnet­fel­des gestört. Wie kön­nen die beweg­li­chen Elek­tro­nen dar­auf reagie­ren? Begründe, dass sich kreis­för­mige Ströme, die sog. Wir­bel­ströme im Rand­be­rei­che des Magnet­fel­des ein­stel­len (siehe Abb. unten). Zeichne diese Strom­wir­bel in dei­ner Skizze ein.
5. Bestimme die Rich­tung der magne­ti­schen Momente mit der lin­ken-Faust-Regel. Erläu­tere, ob sich anzie­hende oder absto­ßende Kraft­wir­kun­gen erge­ben. Unter­scheide jeweils die vor­dere und die hin­tere Seite des Magne­ten in Bewegungsrichtung.