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Wirbelstrombremse

Bewegt sich ein elektrisch leitender Gegenstand in einem Magnetfeld, dann werden in ihm Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme kann man zur Bremsung oder Dämpfung einer Bewegung nutzen. Das Verfahren wird häufig eingesetzt, wenn man eine direkte mechanische Belastung von Bauteilen vermeiden will.

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Bewegt sich ein elektrisch leitender Gegenstand in einem veränderlichen Magnetfeld, dann werden in ihm Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme kann man zur Bremsung oder Dämpfung einer Bewegung nutzen. Das Verfahren wird häufig eingesetzt, wenn man eine direkte mechanische Belastung von Bauteilen vermeiden will.

Lässt man zwischen den Polen eines starken Magneten eine Metallscheibe vorbeipendeln, bemerkt man schon nach kurzer Zeit, dass die Scheibe merklich verlangsamt wird. Die Erklärung für diese Beobachtung erfolgt durch das Induktionsgesetz und das lenzsche Gesetz:

Da sich die Metallplatte periodisch in das Magnetfeld hinein und aus ihm heraus bewegt, wird sie von einem sich ändernden Magnetfeld durchsetzt. Außerdem besitzt sie gegenüber dem Magnetfeld eine Relativgeschwindigkeit. Demzufolge kommt es zur Induktion eines Stromes innerhalb der Metallplatte. Dieser Strom ist umso stärker, je schneller die Metallplatte das Magnetfeld passiert.
Nach dem lenzschen Gesetz ist der induzierte Strom so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. Daher erfolgt eine Abbremsung der Metallplatte bis zum völligen Stillstand.

Für technisch Anwendungen ist in diesem Zusammenhang interessant, dass es - im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Bremsen - nicht zu einem direkten Kontakt zwischen Bremsvorrichtung (den Magneten) und abzubremsenden Teilen (rotierenden Scheiben, Rädern oder ähnliche Bauteile) kommen muss. Da die Wirbelströme aber auch immer eine Erwärmung der Metallteile verursachen, wirkt sich unter Umständen die Erhitzung der Bremsvorrichtung nachteilig aus.

Eine Wirbelstrombremse wird unter anderem in einemEnergiezähler eingesetzt. Außerdem finden sie in vielen Messinstrumenten Anwendung, wobei man die Zeit zum Einpendeln des Messzeigers auf dem angezeigten Messwert mit einer Dämpfungsscheibe oder einem Dämpfungsrahmen aus Aluminium und einem kleinen Magneten wirkungsvoll mittels Wirbelströmen verkürzt. Auf einen gesonderten Magneten kann man verzichten, wenn das Messinstrument ohnehin auf der Wirkung einer Magnetspule beruht (Drehspulmessinstrumente).

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Wirbelstrombremse." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/wirbelstrombremse (Abgerufen: 19. May 2025, 10:20 UTC)

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  • Dämpfungsscheibe
  • Lenzsches Gesetz
  • Energiezähler
  • Erwärmung
  • Wirbelstrombremse
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Anwendungen zur elektromagnetischen Induktion

Die elektromagnetische Induktion wird in vielfältiger Weise genutzt. Die Wirkungsweise von Generatoren zur Erzeugung von Elektroenergie und von Transformatoren zur Umformung dieser Energie basieren auf dem Induktionsgesetz. Weitere Beispiele für die Anwendung der elektromagnetischen Induktion sind Induktionsspulen zur Schaltung von Ampeln, Metalldetektoren, Induktionsherde und das Induktionshärten, Fehlerstromschutzschalter oder dynamische Mikrofone. Ausgewählte Beispiele werden in diesem Beitrag erläutert.

Heinrich Friedrich Emil Lenz

* 12.02.1804 in Dorpat
† 10.02.1865 in Rom

Er war ein russischer Physiker deutscher Herkunft, der in St. Petersburg als Physikprofessor tätig war und sich insbesondere mit Problemen der Elektrizitätslehre beschäftigte. Er entdeckte das nach ihm benannte lenzsche Gesetz über die Richtung des Induktionsstromes.

Selbstinduktion und Induktivität

Eine stromdurchflossene Spule wird von einem Magnetfeld durchsetzt und ist auch von diesem Feld umgeben. Bei konstanter Stromstärke ist dieses Feld zeitlich konstant. Verändert sich die Stromstärke, so verändert sich auch die Stärke des Magnetfeldes, das von der Spule umschlossen wird. Damit wird nach dem Induktionsgesetz in der felderzeugenden Spule selbst eine Spannung induziert. Diese Erscheinung wird als Selbstinduktion, die entstehende Spannung als Selbstinduktionsspannung bezeichnet. Der Bau der Spule, der für den Betrag der Induktionsspannung eine erhebliche Rolle spielt, wird durch die Größe Induktivität charakterisiert.

Transformatoren

Transformatoren oder Umformer werden verwendet, um elektrische Energie eines Wechselstromes von einem Primärstromkreis auf einen Sekundärstromkreis zu übertragen. Bei dieser Übertragung kann man die Werte für die Spannungen und die Stromstärken verändern. Das Funktionsprinzip von Transformatoren beruht auf der elektromagnetischen Induktion, wobei die eine Spule als felderzeugende Spule und die andere als Induktionsspule dient.
Für die praktische Anwendung wesentlich ist die Anpassung eines Transformators an die jeweilige Belastung. In der Technik gibt es auch eine Reihe von speziellen Transformatoren, zu denen beispielsweise Netzgeräte oder Zündspulen gehören.

Wirbelströme

Wenn sich ein elektrisch leitender Gegenstand in einem Magnetfeld bewegt oder von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld umschlossen ist, dann werden in ihm Ströme induziert. Handelt es sich bei dem Leiter um einen langen Draht oder eine Spule, dann ist die Richtung des induzierten Stromes eindeutig vorgegeben. In räumlichen oder flächenhaften Metallstücken unterliegt die Stromrichtung turbulenten Veränderungen. Solche Ringströme bezeichnet man als Wirbelströme. Sie werden einerseits z.B. bei Wirbelstrombremsen genutzt, führen aber andererseits bei vielen elektrischen Maschinen, z.B. Transformatoren und Generatoren, zu Energieverlusten (Wirbelstromverlusten) und müssen dort möglichst klein gehalten werden.

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