ВАЛЬТЕНГОФЕН; sches маятник LEIFIphysik

Маятник ВАЛТЕНГОФЕНА

Мета експерименту

  • Демонстрація того, як працює вихрострумове гальмо
  • Дослідження зв'язку між формою тіла маятника та гальмівною силою
  • Обговорення переваг та недоліків використовуваних вихрострумових гальм

Експериментальна установка маятника Вальтенгофена

маятник

Фонд Йоахіма Герца

Маятник побудований таким чином, що тіло маятника може коливатися вперед-назад між двома полюсними частинами електромагніту. На маятник можна підвісити різні тіла маятника, такі як повне коло, щілинний круглий диск тощо. Корпуси маятника повинні бути виготовлені з алюмінію, міді або латуні (не феромагнітні).

виконання

Спочатку ви дозволяєте маятнику коливатися при вимкненому електромагніті. Потім ви вмикаєте електромагніт. Ви повторюєте цей процес з різними тілами маятника.

Реалізація та пояснення у відео

спостереження

Якщо ввімкнути електромагніт, маятник сповільнюється. Наскільки сповільнюється маятник під дією магнітного поля під час промахування, дуже залежить від форми тіла маятника. Замкнуті тіла, як повне коло, сильно уповільнюються. Навпаки, щілинне коло або гребінчаста металева пластина лише гальмуються дуже слабо.

Пояснення ефекту гальмування

Фаза 1: Маятник коливається в магнітному полі

  • Якщо кільце коливається в електромагніті, магнітне поле, яке проникає в кільце, змінюється. Магнітне поле збільшується.
  • Це індукує напругу в кільці, що викликає струм індукції.
  • Згідно з правилом Ленца, ця течія спрямована таким чином, що гальмує причину її створення. Індукційний струм протікає таким чином, що він викликає магнітне поле, протилежне до електромагнітного (індукційний струм "намагається" відновити початковий, вільний від поля стан).
  • Тепер кільце являє собою струмопровідний провідник, який частково знаходиться в полі електромагніту. Згідно з правилом UVW, на нього діє сила проти напрямку руху. Кільце загальмоване.

Фаза 2: Маятник повністю знаходиться в магнітному полі

  • Якщо кільце повністю знаходиться в магнітному полі, на нього не діє сила, оскільки магнітне поле, що проникає в кільце, не змінюється.

Фаза 3: Маятник вихиляється з магнітного поля

  • Якщо кільце коливається з електромагніту, магнітне поле, яке проникає в кільце, змінюється. Магнітне поле зменшується.
  • Це, в свою чергу, індукує напругу в кільці, що викликає струм індукції.
  • За правилом Ленца, ця течія спрямована таким чином, що гальмує причину її створення. Індукційний струм протікає таким чином, що він викликає магнітне поле, протилежне електромагнітному (індукційний струм "намагається" відновити попередній стан: "Магнітне поле через кільце").
  • Тепер кільце являє собою струмопровідний провідник, який частково знаходиться в полі електромагніту. Згідно з правилом UVW, на нього діє сила проти напрямку руху. Кільце загальмоване.

Вихрострумове гальмо кругового кругового диска

Фонд Йоахіма Герца

В якості альтернативи маятнику Вальтенгофена між полюсами електромагніту можна розташувати круговий диск, що легко обертається, так що частина кругового диска може проникати через магнітне поле (див. Рис.

Впровадження та спостереження

Тут ви також встановлюєте круговий диск в обертанні з вимкненим електромагнітом. Написання обертається майже незатухаючим. Тепер ви вмикаєте електромагніт, і ви можете спостерігати, що обертання кругового диска сильно гальмується. Помітно, що гальмівний ефект спочатку дуже сильний, але зменшується із зменшенням швидкості обертання.

оцінка

При включенні магнітного поля в обертовому круговому диску індукцією генеруються вихрові струми. Круговий диск стає струмопровідним провідником. Цей струмопровідний провідник відчуває силу гальмування від зовнішнього магнітного поля.

Гальмівна сила зменшується із зменшенням швидкості обертання, оскільки при повільнішому обертанні індукована напруга нижча, а вихрові струми слабші.

Примітка: Анімація на рис. 5 показує технічний потік.

Переваги та недоліки порівняно зі звичайними гальмами

За допомогою вихрострумових гальм під час швидких рухів можуть створюватися дуже великі сили гальмування. Відповідно, вихрострумові гальма використовуються, наприклад, для гальмування ДВЗ, веж із вільним падінням або американських гірок. Ще однією перевагою є те, що гальма з вихровим струмом працюють без тертя і, отже, практично не зношуються. Вихрострумові гальма не потрібно постійно замінювати. Вихрострумові гальма також працюють відповідно тихо.

Однак гальма із вихровим струмом генерують відповідно великі сили гальмування лише при відносно швидких рухах та сильних магнітних полях. Тому гальма з вихровим струмом непридатні як стояночні гальма при паркуванні. На практиці гальма з вихровим струмом зазвичай поєднують із класичними механічними гальмами.

Примітка: Ви також можете знайти прекрасні фотографії та відео про те, як спробувати маятник Вальтехофена на освітньому сервері Баден-Вюртемберга.