Käthe-Kollwitz-Gesamtschule, Grevenbroich

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Herr Merbecks (MEB)

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Waltenhofensches Pendel

Mit dem Waltenhofenschen Pendel lässt sich zeigen, welche Auswirkungen induzierte Wirbelströme haben und wie sie sich vermeiden lassen, wenn sie nicht erwünscht sind.

Bild 1:
Hier sieht man den Gesamtaufbau des "Walten- hofenschen Pendels": Auf einem U-förmigen Eisen- kern befinden sich zwei Spulen, die in Reihe ge- schaltet sind und einen Elektromagneten ergeben. (Auch wenn es auf den ersten Blick so aussieht, hat der Versuchsaufbau nichts mit einem Transformator zu tun!) Oberhalb der Spulen sind zwei Eisenklötze als Polschuhe aufgesetzt, zwischen denen sich nur ein kleiner Spalt mit einem starken Magnetfeld befindet. Eine (blau lackierte) Kupferplatte wird so aufgehängt, dass sie zwischen den Polschuhen pendeln kann.

Bild 2:
Aus der seitlichen Perspektive erkennt man gut den Spalt, durch den die Kupferplatte pendelt. Wesentlich ist, dass sich nur ein Teil der Platte im homogenen Magnetfeld zwischen den Polschuhen befindet.
Bild 3:
Wenn Strom durch die Spulen fließt und sich ein starkes Magnetfeld zwischen den Polschuhen auf- baut, kann das Pendel nicht mehr frei schwingen, sondern seine Bewegung wird zwischen den Polschuhen wie von Geisterhand gehemmt: Die Schwingung kommt nach kurzer Zeit zum Stillstand.

Der Grund für die Hemmung sind Wirbelströme, die in der Kupferplatte entstehen und gemäß der Lenzschen Regel ihrer Ursache - in diesem Fall der Bewegung des Pendels - entgegen wirken.

Dieses Prinzip wird bei Wirbelstrombremsen einge- setzt, die z.B. bei Straßenbahnen und Zügen An- wendung finden.

Bild 4:
Nimmt man statt der massiven Kupferplatte eine gesägte Platte, dann wird die Entstehung der Wirbelströme weitgehend unterbunden. Folglich wird das Pendel kaum gehemmt.

In Transformatoren, wo eine Aufheizung des Eisen- kerns durch Wirbelströme Energieverlust bedeutet, sind Wirbelströme unerwünscht. Man verhindert sie, indem der Eisenkern geblättert ausgeführt wird: Der Eisenkern besteht aus dünnen, voneinander isolier- ten Schichten.