Wirbelströme – Magnetische Messtechnik - Physikalisch

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Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Braunschweig und Berlin
Weitere Informationen:
Dr. Martin Albrecht
Fachbereich 2.5
„Halbleiter-Physik, Magnetismus“
E-mail: [email protected]
Internet: www.ptb.de
Wirbelströme –
Magnetische Messtechnik
Station 7
Tag der offenen Tür
Wird ein elektrisch leitendes Material einem sich
ändernden Magnetfeld ausgesetzt, so wird in dem
Material ein in sich geschlossener, räumlich verteilter
elektrischer Strom induziert. Dieser wird Wirbelstrom
genannt, weil eine Ähnlichkeit mit den Wirbeln in der
Strömungsphysik besteht. Zu beachten ist, dass keinerlei externe Stromzuführung notwendig ist. Für den
Wirbelstrom gilt die Lenzsche Regel: Die induzierte
Spannung erzeugt einen Induktionsstrom, der stets so
gerichtet ist, dass er den ihn erzeugenden Vorgang zu
hemmen versucht.
Das sich ändernde Magnetfeld kann ein Feld aus einer
räumlich feststehenden Quelle, das sich mit der Zeit
ändert – auch Wechselfeld genannt – oder ein sich
räumlich bewegendes Gleichfeld oder eine Kombination aus beiden sein.
Die Stärke des Wirbelstromes ist von der magnetischen
Flussdichte abhängig, d. h., von der Stärke des verursachenden Feldes. Ebenfalls ist die Stärke des Wirbelstromes der elektrischen Leitfähigkeit proportional.
Die Wirkungen des Wirbelstromes sind überall im
Alltag zu erfahren:
1.
Bremswirkung: Bei einem durch Bewegung
erzeugtem Wirbelstrom wird die Bewegung
gehemmt. Ein Beispiel dafür ist die Wirbelstrombremse (Versuch 2). Anwendungen:
Wirbelstrombremse, Elektrizitätszähler, Schwingungsdämpfung
2.
Abstoßende Kraftwirkung: Der Wirbelstrom,
der in einem elektrischen Leiter induziert wird,
erzeugt ein Magnetfeld, das dem angelegten Magnetfeld entgegengesetzt ist. Deshalb wirkt eine
abstoßende Kraft auf den Leiter (Versuch 1).
Anwendungen: z. B. Induktionsmotor.
3.
Wärmewirkung: Der Wirbelstrom erzeugt im
elektrische Leiter Wärme durch die vom spezifischen elektrischen Widerstandes des Materials
verursachten Verluste. Anwendungen: Induktionsschmelzofen, Induktionskochherd.
4.
5.
Beeinflussung des Wirbelstromes durch Defekte
im elektrischen Leiter. Defekte im elektrischen
Leiter, z. B. Risse, verändern die Wirbelstrombahnen, was durch Messspulen detektiert
werden kann. Anwendung: Zerstörungsfreie
Rissprüfung.
Abschirmwirkung: Bei durch magnetische
Wechselfelder erzeugtem Wirbelstrom schwächt
das durch den Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld
das angelegte Magnetfeld ab. Anwendung: Abschirmung in der elektrischen Präzisionsmesstechnik