Elektromagnetische Wervelstromingen

Datum: April 2010

Principe:

Eenvoudig experiment om het effect van elektromagnetische wervelstromingen aan te tonen.

Materiaal:

  • Aluminium "lat"
  • Neodynium magneet (groot)
  • Moer
  • Koperen buis (ca. 10 cm lengte)
  • Neodynium magneet (klein)
  • Zaklampje
  • Statief met klem
  • Metaalzaag

Uitvoering:

Experiment 1:
  • Plaats de aluminium lat onder een hoek
  • Plaats de magneet aan de top van de aluminium lat en laat los.
  • Observeer
  • Herhaal dit met de moer

Experiment 2:

  • Neem de koperen buis en zaag hem over de lengterichting door aan een kant (op deze manier maken we een kijkgleuf)
  • Zet de buis rechtop en plaats, m.b.v. het statief, de zaklamp erboven zodat het licht in de buis valt.
  • Laat de magneet in de buis vallen.

Resultaten:

Zoals in onderstaande filmpjes duidelijk te zien is beweegt de magneet zich duidelijk langzamer naar beneden dan de moer of schroef, dit alhoewel de magneet zwaarder is. Het lijkt wel alsof de magneet afgeremd wordt.
Magneet Moer

YouTube link: Eddy Current 1

YouTube link: Eddy Current 2
Experiment met koperen buis
Magneet Schroef

YouTube link: Eddy Current 3

YouTube link: Eddy Current 4

Discussie en conclusie:

Als de magneet langs het aluminium glijdt of door de buis valt wordt het metaal blootgesteld aan een veranderend magnetisch veld. Het magnetische veld dwingt de elektronen in het (elektriciteit geleidend) metaal in een cirkelachtige baan, wervelstromen of ook wel Eddy currents genoemd. Deze wervelstromen hebben hun eigen magnetische veld dat tegengesteld is aan het veld van de magneet. Doordat de magneetvelden elkaar tegenwerken valt de magneet langzamer dan een niet-magnetisch object.

Opmerkingen:

  • Zoektermen: Wervelstromen, Eddy current, Foucaultstromen, Foucaultse stromen, Wet van Lentz

Literatuur:

  • R.J. Flink; "Electriciteitsleer"; Nijgh & Van Ditmar; 1992; ISBN 9023606736; p. 168-171.
  • Kenneth D. Hahn, Erik M. Johnson, Allen Brokken, Steven Baldwin; 'Eddy current damping of a magnet moving through a pipe'; American Journal of Physics; 66 12 1998; 1066-1076.
  • R.C. Nicklin, Andrew Graham, Robert Miller; 'Lenz's Law Demonstration for a Large Class'; The Physics Teacher; 35 Januari 1997; p. 46,47.
  • Charles A. Sawicki; 'A Dyamic Demonstration of Lenz's Law'; The Physics Teacher; 35 Januari 1997; p. 47-49.
  • Thomas D. Rossing; 'Eddy Currents and Magnetic Friction'; The Physics Teacher; 35 March 1997; p. 133.
  • Dragia T. Ivanov; 'Another Way to Demonstrate Lenz's Law'; The Physics Teacher; 38 Januari 2000; p. 48,49. 
  • Howard Brand; 'Action-Reaction at a Distance'; The Physics Teacher; 40 March 2002; p. 136,137.
  • Christopher Chiaverina; 'More Rolling Magnets'; The Physics Teacher; 43 April 2005; p. 248.
  • Thomas D. Rossing, John R. Hull; 'Magnetic Levitation'; The Physics Teacher; 29 December 1991; p. 522-563.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Van dit effect maakt men o.a. gebruik van in inductie kookplaten en bij het verwijderen van metaaldeeltjes uit afvalstromen.

Wervelstromen treden vaak op in transformatoren met als gevolg verlies van vermogen. Om dit tegen te gaan maakt men de transformatoren van dunne plaatjes metaal die aan elkaar gelijmd worden i.p.v. een blok metaal uit een stuk. Op deze manier kunnen de wervelstromen alleen plaatsvinden in de dunne plaatjes metaal hetgeen dit effect minimaliseert.

Ze worden ook gebruikt om ongewenste oscillaties tegen te gaan in b.v. mechanische balansen.

17-01-2017