Ich mache mir schon seit einiger Zeit Gedanken darüber, was Wirbelstrombremsen für einen Polarität besitzen.
Ist es so dass die Bremskraft am größten ist, wenn der Leiter sich senkrecht zu den Feldlinien bewegt?
Ich hab mal 4 Anordnungen gezeichnet, die ich mir Vorstellen könnte. (Das schwarze ist der Leiter )
Welche hat die größte Bremskraft und macht Nr. 4 eig. gar keinen Sinn?
Ich würde mal vermuten, dass Anordnung Nr. 2 die größte Wirkung bewirkt, da ein Wirbelstrom ja immerhin ein induzierter Strom seien müsste und für diesen ja eine Magnetfeldänderung verantwortlich ist. Da das Feld senkrecht zur Platte stehen sollte, scheidet Nr. 1 wohl schon mal aus, ebenso Nr. 4. Der Vorteil von Nr.2 gegenüber Nr.3 dürfte theoretisch sein, dass sich der Magnetfeldvektor 4 mal anstatt zwei mal ändert und da Uind ~ B' (Ableitung von Magnetfeldstärke) und diese sich bei Anordnung Nr. 2 extrem hoch seien müsste (schlagartiger "Richtungswechsel" des Vektors), dürfte somit meine These erläutert sein. Jetzt hätte ich gerne ein "Labor" um das auszuprobieren. Aber vielleich kennt ja jemand eine sichere Antwort.
Die Wirbelstrombremsen die ich bisher gesehen habe (Intamin) entsprechen eher Nr.3 da die Magneten einzeln (einer oben und einer unten) verbaut sind. Bei den Zügen der DB ist es NR.2 aber nur einseitig bei der die Magnete auf die Lauffläche der Schiene Gerichtet sind.
Wenn ich das richtig verstanden habe, kann es nur Nr. 2 sein, da es hier beim Weiterfahren des Bremsschwerts immer wieder Magnetfeldänderungen gibt, wodurch die Wirbelströme erzeugt werden.
Nach soeben durchgeführtem einfach versuch mit Neodym Magneten und einem Alu Kühlkörper ergaben bei mir keine für mich ersichtliche Steigerung der Bremswirkung bei Polaritätswechsel.
Nr. 1 und 4 besitzen kaum Bremswirkung, da sich der Leiter parallel zu den Feldlinien bewegt.
Ein Satz ist mir aber noch nicht ganz klar:
Ist damit die Eigenschaft einer Wirbelstrombremse gemeint, dass sie einen Leiter nicht bis zum Stillstand abbremsen kann, da mit sinkender Geschwindigkeit die Bremswirkung immer weiter abnimmt? Also in diesem Fall einfach im Magnetfeld steht. Sonst könnte ich mit nicht erklären, wie diese Bremse funktioniert, da sich das Magnetfeld ja nicht ändert und der Leiter sich die ganze Zeit vollständig im Magnetfeld befindet.
Für ein Elektron in der Scheibe ändert sich das Magnetfeld schon. Nur wenn der grüne Kasten die ganze Scheibe bedecken würde dann würde es nicht mehr funktionieren.
also bei der Wirbelstrombremse wird der Effekt genutzt, dass im Leiter eine Induktionsspannung erzeugt wird, diese hat wiederrum einen Induktionsstrom zur Folge. Die Induktionsspannung wird entweder durch zeitliche Änderung des B-Feldes, bzw. durch Flächenänderung der vom Magnetfeld durchsetzten Fläche erzeugt.
Der Induktionsstrom wirkt nach der Lenz'schen Regel der Induktionsursache entgegen, also die Kraft auf den Stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld ist dem Geschwindigkeitsvektor des Leiters genau entgegengesetzt.
Bei konstantem B-Feld gilt also:
Ui=-n * B * (dA/dt), wenn der Leiter vollkommen im Magnetfeld eingetaucht ist, ist dA/dt (Flächenänderung pro Zeit) = 0, dementsprechend ist auch die Induktionsspannung 0, dadurch gibt es keinen Induktionsstrom und somit auch keine bremsende Kraft.
nein, meines Wissens nicht nur, denn: Das ist das allgemeine Induktionsgesetz: Ui=-n*Phi, wobei Phi die magnetische Flussdichte ist und dem Skalarprodukt aus B und A entspricht. Gilt natürlich hier nur für homogene Magnetfelder. Bzw. ganz richtig: Ui=-n * dPhi/dt, wenn mann dann entsprechendes Phi einsetzt, ergibt sich: Ui=-n * d(A*B)/dt, einer der beiden Faktoren ist konstant und kann somit getrost vor den Diff-quotienten gezogen werden, somit erhält man:
Ui=-n * B * (dA/dt)
oder eben
Ui=-n * A * (dB/dt), dieses jedoch nocht, da es sich bei Wirbelstrombremsen um Dauermagnete handeln und diese entsprechend ein homogenes Magnetfeld besitzen.
Speziell für das Drehen einer Leiterschleife im Magnetfeld gilt:
Ui=w*B*A_o*sin(wt), da Ui=-n*dPhi/dt, n=1, da Leiterschleife,
Ui=-d(B*A(t))/dt = -BA_o*d(cos(wt))/dt (Ableitung von cos = -sin) = wBA_o*sin(wt), wobei A_o der maximalen Fläche der Leiterschleife entspricht.
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