Wirbelströme

Gemäss Lenz’scher Regel wird eine elektrische Spannung induziert, so dass der daraus resultierende Strom ein Magnetfeld erzeugen würde, das der Änderung des magnetischen Flusses entgegengesetzt ist. Betrachten wir ein Beispiel gemäss nachfolgender Skizze.

Würden wir eine Leiterschlaufe in das Magnetfeld ziehen, so wäre die induzierte Spannung so gerichtet, dass der resultierende Strom von oben gesehen im Gegenuhrzeigersinn fliesst. Ein solcher Strom in der Leiterschlaufe würde ein Magnetfeld nach oben erzeugen, was dem zunehmenden magnetischen Fluss des äusseren Felds entgegengesetzt ist.

Umgekehrt, würde eine Leiterschlaufe, die aus dem Magnetfeld gezogen wird, durch einen Strom durchflossen, der von oben gesehen im Uhrzeigersinn fliesst. Ein solcher Strom in der Leiterschlaufe würde ein Magnetfeld nach unten erzeugen, was dem abnehmenden magnetischen Fluss des äusseren Felds entgegengesetzt ist.

Genau gleich verhält es sich gemäss obiger Grafik. Hier wird ein Stück Metall von links nach rechts durch ein Magnetfeld gezogen. Das Stück Metall ist zwar keine Leiterschlaufe, aber wir können es uns so vorstellen, als wäre es aus ganz vielen miteinander verschmolzenen Leiterschlaufen entstanden. Ziehen wir das Stück Metall durch das Magnetfeld, werden kreisende Ströme induzierte, die wir Wirbelströme nennen.

Wirbelströme werden beispielsweise in sog. Wirbelstrombremsen ausgenutzt. Züge können mit Hilfe solcher Bremssysteme kontaktlos bremsen. Elektromagnete am Zug können ein Magnetfeld im Gleis erzeugen, so dass im Gleis Wirbelströme entstehen. Da die Wirbelströme einen gewissen elektrischen Widerstand erfahren, wird aus elektrischer Arbeit, Wärme freigesetzt. Die elektrische Arbeit kommt letztlich aber von der Bewegung des Zugs, d.h. wir haben energetisch gesehen eine Umwandlung von kinetischer Energie des Zugs zu Wärme im Gleis. Damit wird der Zug abgebremst – ganz ohne Gleitreibung und Abnützung, wie bei den konventionellen Bremsen.