ВАЛТЕНХОФЕН; sches махало LEIFIphysik

Махалото на WALTENHOFEN

Цел на експеримента

  • Демонстрация как работи спирачката с вихрови токове
  • Изследване на връзката между формата на тялото на махалото и спирачната сила
  • Дискусия на предимствата и недостатъците на използваните спирачки с вихрови токове

Експериментална настройка на махалото на Валтенхофен

вихрови токове

Фондация „Йоахим Херц“

Махалото е конструирано по такъв начин, че тялото на махалото да може да се люлее напред-назад между двете полюсни части на електромагнита. На махалото могат да бъдат окачени различни тела на махалото като пълен кръг, кръгъл диск с прорези и др. Махалните тела трябва да бъдат направени от алуминий, мед или месинг (не феромагнитни).

екзекуция

Първо оставяте махалото да се люлее при изключен електромагнит. След това включвате електромагнита. Повтаряте този процес с различните тела на махалото.

Изпълнение и обяснение във видеото

наблюдение

Ако включите електромагнита, махалото се забавя. Колко махалото се спира от магнитното поле по време на люлеенето, зависи много от формата на тялото на махалото. Затворените тела като пълен кръг се забавят силно. От друга страна, кръг с прорези или метална плоча с форма на гребен се спират много леко.

Обяснение на спирачния ефект

Фаза 1: Махалото се люлее в магнитното поле

  • Ако пръстенът се колебае в електромагнита, магнитното поле, което прониква в пръстена, се променя. Магнитното поле се увеличава.
  • Това индуцира напрежение в пръстена, което причинява индукционен ток.
  • Според правилото на Ленц това течение е насочено по такъв начин, че да потиска причината за създаването му. Индукционният ток протича по такъв начин, че да предизвиква магнитно поле, което е противоположно на това на електромагнита (индукционният ток се "опитва" да възстанови първоначалното състояние без поле).
  • Сега пръстенът представлява проводник с ток, който е отчасти в полето на електромагнита. Според правилото UVW върху него действа сила срещу посоката на движение. Пръстенът е спирачен.

Фаза 2: Махалото е напълно в магнитното поле

  • Ако пръстенът е напълно в магнитното поле, върху него не действа сила, тъй като магнитното поле, което прониква в пръстена, не се променя.

Фаза 3: Махалото се отклонява от магнитното поле

  • Ако пръстенът се отклони от електромагнита, магнитното поле, което прониква в пръстена, се променя. Магнитното поле намалява.
  • Това от своя страна индуцира напрежение в пръстена, което причинява индукционен ток.
  • Според правилото на Ленц това течение е насочено по такъв начин, че да потиска причината за създаването му. Индукционният ток протича по такъв начин, че причинява магнитно поле, което е противоположно на това на електромагнита (индукционният ток "се опитва" да възстанови предишното състояние: "Магнитно поле през пръстена").
  • Пръстенът сега отново представлява проводник с ток, който е отчасти в полето на електромагнита. Според правилото UVW върху него действа сила срещу посоката на движение. Пръстенът е спирачен.

Вихротокова спирачка на въртящ се кръгъл диск

Фондация „Йоахим Херц“

Като алтернатива на махалото на Валтенхофен, лесно въртящ се кръгъл диск може да бъде разположен между полюсите на електромагнита, така че част от кръговия диск да може да проникне от магнитното поле (вж. Фиг. 4).

Прилагане и наблюдение

Тук също първо поставяте кръговия диск в ротация при изключен електромагнит. Писането се върти почти незаглушено. Сега включвате електромагнита и можете да забележите, че въртенето на кръглия диск е силно спирано. Прави впечатление, че спирачният ефект първоначално е много силен, но намалява с намаляването на скоростта на въртене.

оценка

Когато магнитното поле е включено, във въртящия се кръгов диск се индуцират вихрови токове. Кръглият диск се превръща в токопроводящ проводник. Този токопроводящ проводник изпитва спирачна сила от външното магнитно поле.

Спирачната сила намалява с намаляване на скоростта на въртене, тъй като при по-бавно въртене индуцираното напрежение е по-ниско и вихровите токове, които възникват, са по-слаби.

Забележка: Анимацията на фиг. 5 показва техническия поток.

Предимства и недостатъци в сравнение с конвенционалните спирачки

С помощта на вихрови спирачки могат да се генерират много големи спирачни сили при бързи движения. Съответно спирачките с вихрови токове идват напр. за спиране на ДВЗ, за кули за свободно падане или влакчета. Друго предимство е, че спирачките с вихрови токове работят без триене и по този начин практически не се износват. Вихротокови спирачки не трябва да се сменят постоянно. Вихротоковите спирачки също работят съответно тихо.

Вихротоковите спирачки обаче генерират съответно големи спирачни сили само при относително бързи движения и силни магнитни полета. Ето защо спирачките с вихрови токове са неподходящи като ръчни спирачки при паркиране. На практика спирачките с вихрови токове обикновено се комбинират с класически механични спирачки.

Забележка: Можете също така да намерите красиви снимки и видеоклипове за изпробване на махалото Walthenhofen на образователния сървър в Баден-Вюртемберг.