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• Beispiel einer Versuchsreihe:
Vers.-Nr.
Polschuhabstand a [mm]
1
2
3
4
5
6
4.1.3 Versuchsauswertung
•
Die Leiterschaukel wird vereinfachend als mathe-
matisches Pendel betrachtet, d.h. die Masse der
geflochtenen Kupferbänder wird vernachlässigt
und der Kupferdraht wird als Punktmasse
(m = 6,23 g) angesehen. Die wirksame Pendel-
länge s ist etwas kleiner als die Länge der Kupfer-
bänder, da diese im oberen Bereich nicht scharf-
kantig umknicken, wenn die Leiterschaukel aus-
gelenkt wird. Die Länge s ergibt sich daher aus
dem gedachten Schnittpunkt der linear verlänger-
ten Kupferbänder mit der Vertikalen (vergl. Fig. 2).
In etwa gilt: s = 200 mm.
•
Die resultierende Kraft im Kupferband F
aus der Lorentzkraft F
zusammensetzt ist um den Winkel ϕ geneigt, da
das Kupferband (praktisch) keine Querkräfte auf-
nimmt. Daher gilt:
F
ϕ
L
=
tan
F
G
⇔
c
s
=
F
mg
L
2
c
−
1
s
•
In der Versuchsreihe wurden die Polschuhe bei
den Versuchen 4 - 6 im Vergleich zu den Versu-
chen 1 - 3 um 90° gedreht. Dadurch hat sich die
Leiterlänge, die in das Magnetfeld eintaucht, ge-
ändert. Bei der Auswertung dürfen jetzt aber nicht
die wahren Polschuhmaße zugrunde gelegt wer-
den, da das Magnetfeld an den Rändern „heraus-
quillt" (vergl. Fig. 3).
Fig. 3: Randeffekte an den Polschuhkanten
Polschuhbreite b [mm]
10
10
10
10
10
10
, die sich
K
und der Gewichtskraft F
L
G
(1)
Auslenkung c [mm]
50
50
50
20
20
20
•
Die wirksame Leiterlänge im Magnetfeld ergibt
sich näherungsweise zu:
b
= b + a
w
•
Die Auswertung der Versuchsreihe unter Verwen-
dung der Gln. 1 und 2 liefert:
Vers.-Nr.
Wirksame
Leiterlänge b
[mm]
1
60
2
60
3
60
4
30
5
30
6
30
•
Das Ergebnis ist auch in Fig. 4 dargestellt. Es ist
unmittelbar zu erkennen, dass die Lorentzkraft
proportional zum Strom ist. Eine Auswertung der
Geradensteigungen zeigt weiterhin, dass die
Lorentzkraft auch zur wirksamen Leiterlänge pro-
portional ist. Also gilt:
∝ b
Ι
F
L
w
Fig. 4: Lorentzkraft als Funktion des Stromes im Leiter. Quadratische Symbo-
le: b
= 60 mm, Rauten: b
= 30 mm
W
W
4.2 Induzierte Wirbelströme
•
Der Versuchsaufbau ist in Fig. 5 dargestellt. Der Pol-
abstand beträgt etwa 10 - 30 mm und wird variiert.
Werden beide Pendel zusammen um den gleichen
3
Strom Ι [A]
15
0,57
30
1,20
45
1,87
15
1,16
30
2,36
45
3,57
(2)
Strom Ι
Lorentzkraft F
L
[mN]
[A]
w
4,60
0,57
9,27
1,20
14,1
1,87
4,60
1,16
9,27
2,36
14,1
3,57
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