WALTENHOFEN; sches inga LEIFIphysik
WALTENHOFEN inga
A kísérlet célja
- Az örvényáramú fék működésének bemutatása
- Az inga test alakja és a fékerő kapcsolatának vizsgálata
- A használatban lévő örvényáramú fékek előnyeinek és hátrányainak ismertetése
Waltenhofen inga kísérleti beállítása
Joachim Herz Alapítvány
Az inga úgy van kialakítva, hogy az inga test előre-hátra lendülhet az elektromágnes két pólusdarabja között. Különböző ingatestek, például teljes kör, réselt kör alakú tárcsa stb. Felakaszthatók az ingára. Az inga testeknek alumíniumból, rézből vagy sárgarézből kell készülniük (nem ferromágneses).
végrehajtás
Először hagyja, hogy az inga kikapcsolt elektromágnes mellett lengjen. Ezután bekapcsolja az elektromágneset. Megismételed ezt a folyamatot a különféle inga testekkel.
Megvalósítás és magyarázat a videóban
megfigyelés
Ha bekapcsolja az elektromágneset, az inga lelassul. Az, hogy az ingát mennyire lelassítja a mágneses mező az áthúzás során, nagyon függ az inga testének alakjától. A bezárt testek, mint egy teljes kör, erősen lelassulnak. A réselt kört vagy a fésű alakú fémlemezt viszont csak nagyon kissé fékezik.
A fékhatás magyarázata
1. fázis: Az inga leng a mágneses mezőben
- Ha a gyűrű oszcillál az elektromágnesben, a gyűrűbe behatoló mágneses mező megváltozik. A mágneses mező növekszik.
- Ez indukciós áramot okozó feszültséget indukál a gyűrűben.
- Lenz szabálya szerint ez az áram úgy irányul, hogy gátolja létrehozásának okát. Az indukciós áram úgy áramlik, hogy az elektromágnesével ellentétes mágneses teret okoz (az indukciós áram "megpróbálja" visszaállítani az eredeti, mező nélküli állapotot).
- A gyűrű egy áramvezetõ vezetõt képvisel, amely részben az elektromágnes mezõjében van. Az UVW szabály szerint erő hat rá, a mozgás irányával szemben. A gyűrűt fékezik.
2. fázis: Az inga teljesen a mágneses mezőben van
- Ha a gyűrű teljesen a mágneses mezőben van, nincs rá erő, mivel a gyűrűt behatoló mágneses mező nem változik.
3. fázis: Az inga kileng a mágneses mezőből
- Amikor a gyűrű kileng az elektromágnesből, a gyűrűbe behatoló mágneses mező megváltozik. A mágneses tér csökken.
- Ez viszont feszültséget indukál a gyűrűben, amely indukciós áramot okoz.
- Lenz szabálya szerint ez az áram úgy irányul, hogy gátolja létrehozásának okát. Az indukciós áram úgy áramlik, hogy az elektromágnesével ellentétes mágneses teret okoz (az indukciós áram "megpróbálja" visszaállítani az előző állapotot: "Mágneses mező a gyűrűn keresztül").
- A gyűrű egy áramvezető vezetőt képvisel, amely részben az elektromágnes területén van. Az UVW szabály szerint erő hat rá, a mozgás irányával szemben. A gyűrűt fékezik.
Forgó áramú fék egy forgó kör alakú tárcsa
Joachim Herz Alapítvány
A Waltenhofen inga alternatívájaként könnyen forgatható kör alakú tárcsa helyezhető el az elektromágnes pólusai között úgy, hogy a kör alakú tárcsa egy részét be tudja hatolni a mágneses mező (lásd 4. ábra).
Megvalósítás és megfigyelés
Itt is körkörös lemezt állít be kikapcsolt elektromágnes mellett. Az írás szinte csillapítás nélkül forog. Most bekapcsolja az elektromágneset, és megfigyelheti, hogy a körlemez forgása erősen fékezett. Észrevehető, hogy a fékhatás kezdetben nagyon erős, de a forgási sebesség csökkenésével csökken.
értékelés
A mágneses mező bekapcsolásakor indukcióval örvényáramok keletkeznek a forgó körtárcsában. A kör alakú tárcsa áramvezető vezetővé válik. Ez az áramvezető vezető fékező erőt tapasztal a külső mágneses mezőből.
A fékerő csökkenő forgási sebességgel csökken, mivel lassabb forgatással az indukált feszültség alacsonyabb, és így a felmerülő örvényáramok is gyengébbek.
Jegyzet: Az 5. ábra animációja a technikai folyamatot mutatja.
Előnyök és hátrányok a hagyományos fékekhez képest
Az örvényáramú fékek segítségével nagyon nagy fékerők keletkezhetnek a gyors mozgások során. Ennek megfelelően örvényáramú fékeket használnak például az ICE-k, szabadeséses tornyok vagy hullámvasutak lelassítására. További előny, hogy az örvényáramú fékek súrlódásmentesen működnek, így gyakorlatilag kopásmentesek. Az örvényáramú fékeket nem kell folyamatosan cserélni. Az örvényáramú fékek is ennek megfelelően halkan működnek.
Az örvényáramú fékek azonban csak ennek megfelelően nagy fékerőt generálnak, viszonylag gyors mozgásokkal és erős mágneses terekkel. Az örvényáramú fékek ezért parkoláskor alkalmatlanok parkolófékként. A gyakorlatban az örvényáramú fékeket általában klasszikus mechanikus fékekkel kombinálják.
Jegyzet: Gyönyörű képeket és videókat is talál a Walthenhofen inga kipróbálásáról a Baden-Württemberg oktatási szerveren.