3B SCIENTIFIC PHYSICS U10371 Mode D'emploi page 4

Winkel ausgelenkt und losgelassen, dann wird das
volle Pendel sehr schnell abgebremst, während das
geschlitzte Pendel einige Schwingungen ausführt.
•
Erklärung: Bei den Versuchen im Abschnitt 4.1 floss
ein Strom durch die Leiterschaukel. Dadurch wur-
den Ladungen (Elektronen) in einem Magnetfeld
bewegt, was offenbar zu einer messbaren Kraft (der
Lorentzkraft) auf die Elektronen führte.
Fig. 5: Versuchsaufbau „Induzierte Wirbelströme"
•
Auch in diesem Versuch werden Ladungen - freie
Elektronen im Aluminium – in einem Magnetfeld
bewegt, wobei die Bewegung hier mechanischer
Natur ist. Durch diese Bewegung wirkt auch hier
die Lorentzkraft auf die Elektronen, was einen
Elektronenfluss, also einen Strom, im Aluminium
zur Folge hat, der in diesem Versuch je nach
Pendelbewegungsrichtung vertikal von oben nach
unten oder umgekehrt fließt.
•
In dem vollen Pendel kommt es nun zum „Kurz-
schluss", da der induzierte Strom in den Pendel-
bereichen außerhalb des Magnetfeldes zurückflie-
ßen kann. Auf diese Weise entsteht ein Wirbel-
strom, der sehr hoch sein kann und zu einer Er-
wärmung des Aluminiums führt. Die Pendel-
energie wird also zunächst in elektrische Energie
und dann in Wärme umgewandelt.
•
In dem geschlitzten Pendel kann sich der Wirbel-
strom nicht ausbilden, da durch die Schlitze die
Aluminium-Bereiche außerhalb des Magnetfeldes
von den Bereichen innerhalb isoliert sind. Zwar
werden die Elektronen zunächst auch in eine Rich-
tung verschoben, doch wenn sich viele Elektronen
2)
Grimsehl, Physik II, Ernst Klett Verlag Stuttgart, 1955
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oben oder unten im Pendel angesammelt haben
stoßen sie sich gegenseitig ab und die so entste-
hende Spannung steht mit der Lorentzkraft ohne
Stromfluss im Gleichgewicht. Die Pendelenergie
wird also nicht in Wärme umgewandelt.
4.3 Dia- und Paramagnetismus
•
Der Versuchsaufbau entspricht prinzipiell Fig. 5.
Statt der Pendel wird jetzt entweder der Alumini-
um- oder der Glasstab in das Magnetfeld gehängt
(vorher ist ein eventueller Faden-Drall zu beseiti-
gen, siehe Abschnitt 3). Der Glasstab wird sich
zunächst noch etwas hin- und herdrehen, während
der Aluminiumstab sich nur sehr langsam (indu-
zierte Wirbelströme, siehe letzter Abschnitt) in sei-
ne Endposition bewegt. Nach einiger Zeit stellen
sich die Stäbe wie in Fig. 6 gezeigt ein.
Fig. 6: Glasstab (links) und Aluminiumstab (rechts) im Magnetfeld
•
Durch Lösen der Rändelschraube, die den Mag-
neten hält, und langsames Drehen des Magneten
kann gezeigt werden, dass die Ausrichtung der
Stäbe relativ zum Magneten bestehen bleibt und
daher nicht auf die rein mechanisch bedingte
Ruheposition (kein Fadendrall) zurückzuführen
ist.
•
Erklärung: Obwohl weder Glas noch Aluminium
magnetisch sind, richten sich beide Stäbe im Ma-
gnetfeld aus. Die entscheidende Größe dabei ist
die relative Permeabilität µ
viel das betreffende Material die Flussdichte ei-
nes magnetischen Feldes gegenüber dem Vaku-
um vervielfacht. Erstaunlicherweise – und anders
als bei der Dielektrizitätskonstanten – kann die
relative Permeabilität größer oder kleiner als 1
sein. Bei Aluminium beträgt sie
bei Glas = 0,99999. Bei Aluminium wird die Fluss-
dichte also verstärkt und der Stab dreht sich in
Feldrichtung. Dieser Effekt wird als Paramagne-
tismus bezeichnet. Bei Glas ist es umgekehrt. Der
Stab dreht sich aus dem Feld und der Effekt wird
Diamagnetismus genannt.
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