Das Wirbelstrom-Rohr

Das Wirbelstromrohr ist eine wunderbare Variante eines berühmten Physik-Experimentes: Lässt man die zwei mitgelieferten Metallkugeln durch die 60 Zentimeter lange Aluminiumröhre fallen, so fällt die eine deutlich langsamer als die andere. Der Grund: Bei einem der Metallkugeln handelt es sich um einen starken Neodym-Magneten. Bewegt sich dieser durch die Aluminiumröhre, entsteht im Rohr ein sogenannter Wirbelstrom, der wiederum ein Magnetfeld erzeugt, das dem des fallenden Magneten entgegengesetzt wirkt. Daher wird der Magnet abgebremst und benötigt ganze 10 Sekunden für den Fall durch die 60 Zentimeter lange Röhre. Dahingegen fällt die zweite Kugel aus Edelstahl ungehindert durch die Röhre hindurch und kommt in weniger als einer Sekunde unten an. Das scheint fast wie Zauberei.

Bausatz für Physik-Experiment und Zaubertrick

Beim Wirbelstromrohr aus dem Hause AstroMedia handelt es sich um einen Bausatz, der sich in etwa drei Stunden fertigstellen lässt.

Zum Inhalt des Bausatzes gehören:

• Zwei Aluminiumröhren à 30 cm, die sich mit einer Steckmanschette zu einem 60 Zentimeter langen Rohr verbinden lassen
• ein Neodym-Magnet (Durchmesser ca. 1,5 Zentimeter)
• eine Edelstahl-Kugel (Durchmesser ca. 1,5 Zentimeter)
• Konstruktionskarton, um den Halter für die Röhren und die Kugeln zu basteln
• detaillierte Bauanleitung
• Größe des gebauten Artikels: ca. 62,2 x 13,1 x 9,6 cm (H/B/T)

Die Schwerkraft ist scheinbar außer Kraft gesetzt

Anhand des Wirbelstromstromrohrs lässt sich ein besonderes physikalisches Phänomen hautnah erleben: Elektrische Ströme können Magnetfelder erzeugen und Magnetfelder unter bestimmten Bedingungen elektrische Ströme. Der Effekt ist verblüffend, denn auf den ersten Blick scheint es bei diesem Experiment, als würde die Schwerkraft bei einem der Metallstücke außer Kraft gesetzt. Auch wenn keine Zauberei im Spiel ist, so kann man mit diesem Physik-Experiment einen Zaubertrick vorführen. Dazu tauscht man die beiden Metallstücke heimlich aus, so dass die Zuschauer denken, ein und derselbe Gegenstand falle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Auch im Alltag nützlich: die Wirbelstrombremse

Im Alltag findet das Phänomen überall Anwendung, zum Beispiel bei der Wirbelstrombremse. Wirbelstrombremsen kommen etwa in ICEs zum Einsatz, aber auch bei Achterbahnen. Will der Zugführer bremsen, senkt er einen Elektromagnet auf die Schienen. In den Schienen aus Metall werden dadurch Wirbelströme induziert, die wiederum ein den Bremsmagneten entgegengesetztes Magnetfeld erzeugen. So kommt der Zug dank Wirbelstrombremse schließlich zum Stillstand.

Die Lenzsche Regel und ihr Namensgeber

Der Physiker Heinrich Emil Lenz beschrieb 1834 in den Annalen der Physik erstmals dieses Phänomen. Es ist daher auch bekannt unter dem Namen Lenzsche Regel. Er hatte es entdeckt, als er sich mit der kurz zuvor von Michael Faraday entdeckten elektromagnetischen Induktion beschäftigte. So ist das Wirbelstromrohr nicht nur ein tolles Geschenk für Nerds, für alle, die gerne basteln, sowie für Physik-Spielzeug-Fans. Es handelt sich auch um ein physikalisches Experiment, dass sich hervorragend für den Physik-Unterricht eignet, wenn die Themen elektromagnetische Induktion und die Lenzsche Regel behandelt werden. Auch als Magnet-Spielzeug für Erwachsene eignet sich dieses Produkt.

Achtung:  Magnete, die im Körper einander oder einen Metallgegenstand anziehen, können schwere oder tödliche Verletzungen verursachen. Ziehen Sie sofort einen Arzt zu Rate, wenn Magnete verschluckt oder eingeatmet wurden. Je nach Größe von Magneten kann es durch die starke Anziehung zu Quetschungen und anderen Verletzungen kommen. Zudem können Neodym-Magnete splittern, wenn sie mit großer Wucht aufeinander treffen oder anderen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Auch dies kann zu Verletzungen führen. Bringt man starke Magnete in die Nähe von magnetischen Datenspeichern wie Festplatten, USB-Sticks, Kreditkarten, Digitale Kameras usw., können Daten gelöscht werden. Beim mechanischen Bearbeiten (Feilen, Bohren, Sägen) von Neodym-Magneten kann sich der Bohrstaub entzünden.