Aufg. 3 Lösung Eine folgsame Alufolie

ForscherInnenwerkstatt Physik
Graz, 11-2012
Aufgabe 3
Eine folgsame Alufolie
Lösung
Induktion – Induktionsspannung – Wirbelströme – Magnetischer Fluß – Lenzsche Regel
Die Bewegung eines schwimmenden Stücks gefalteter Aluminiumfolie zeigt, daß ein zeitlich veränderliches
Magnetfeld in Metallen Wirbelströme induziert.
Magnet
gefaltete
Aluminiumfolie
Wasser
Schale
Abb. 1
1.
Was passiert?
Kreist man zügig mit einem Pol eines Magneten 1 - 2cm über der schwimmenden Aluminiumfolie (siehe
Abb. 1), so beginnt diese nach kurzer Zeit im gleichen Drehsinn zu rotieren wie der Magnetpol seine Bahn
durchläuft. Wechselt man die Rotationsrichtung, so kommt die Aluminiumfolie wieder zur Ruhe und beginnt
in der anderen Richtung zu rotieren. Die Aluscheibe rotiert stets langsamer als der Magnet. Um den Einwand
zu entkräften, daß eine Kraftübertragung durch Luftwirbel erfolgt, kann man eine Overheadprojektor-Folie
zwischen Magnet und Aluminium halten.
2.
Erklärung
Auf Aluminium wirkt in einem zeitlich konstanten Magnetfeld nur eine extrem kleine Kraft, da es sich um
einen paramagnetischen Stoff handelt. Mittels eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes läßt sich die Aluminiumscheibe durch die auftretenden Induktionsströme trotzdem in Bewegung versetzen. In der Nähe eines
Magnetpols herrscht ein relativ starkes inhomogenes Magnetfeld. Kreist der Pol eines Magneten über der
Aluminiumfolie, so ändert sich ständig der lokale magnetische Fluß, der die verschiedenen Bereiche der Folie durchsetzt. Die dadurch induzierten Spannungen rufen Wirbelströme in dem Metall hervor. Nach der
Lenzschen Regel erzeugen diese ein Magnetfeld, das der Ursache seiner Entstehung – in diesem Fall die
Relativbewegung zwischen Aluminiumfolie und Magnet – entgegenwirkt. Die Relativbewegung wird verkleinert, indem die Folie im gleichen Drehsinn zu rotieren beginnt wie der Magnetpol seine Bahn durchläuft.
Zur Aufrechterhaltung der antreibenden Magnetkraft muss ständig eine Induktion herrschen, das heißt, dass
sich die Scheibe langsamer als der Magnet bewegt.
Bemerkungen
Mit dem vorgestellten Effekt lassen sich in der Technik berührungsfreie Kupplungen realisieren. So ist z.B.
die Nadel eines Tachometers mit einer kleinen Aluminiumscheibe verbunden, die von einem rotierenden
Magneten mitgenommen wird.