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Physik » Elektrodynamik » Resonanzfrequenz nimmt mit Metallstück ab
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Universität/Hochschule Resonanzfrequenz nimmt mit Metallstück ab
Wirkungsquantum
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2020-07-01


Hallo,
ich hab den Post bereits in einem Elektrotechniker Forum gepostet, würde aber gerne beide Perspektiven erfahren, also die von Elektrotechnikern und die des Matheplaneten:
in einem Versuch für ein Praktikum, hatten wir einen RLC-Schwingkreis und mussten in die Zylinderspule des Schwingkreises ein Metallstück hinein legen. Dieses Metallstück musste nun in 5 mm Schritten herausgeführt werden.
Meine Messung ergab, die Resonanzfrequenz mit dem Metallstück gestiegen ist und ohne gesunken. Wie ist das möglich? Ich hätte eher eine höhere Induktivität und damit geringere Resonanzfrequenz erwartet.
Mein Gedanke war, das das Material diamagnetisch ist. Mitstudenten äußerten aber die Theorie, das es auf Wirbelströme zurückzuführen sei.

Grüße
h


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$\text{h}=6,626⋅10^{-34} \text{Js}$



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rlk
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2020-07-02


Hallo Wirkungsquantum,
das ist eine interessante Frage. 😄
Eine nennenswerte Zunahme der Induktivität ist nur zu erwarten, wenn das Metall ferro- oder ferrimagnetisch ist. Weil aber jedes Metall ein Leiter ist, entstehen Wirbelströme. Wie wirken sich diese auf das Magnetfeld aus? Wie könnte ein Ersatzschaltbild der Induktivität mit eingefügtem Metallstück aussehen?

Servus,
Roland



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rogerS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, eingetragen 2020-07-02


Hallo zusammen

Hilft das ?



Kerne aus elektrischen Leitern wie Kupfer oder Aluminium, die durch Feldverdrängung die Induktivität verringern, werden zur Abstimmung von (Schwingkreis-)Spulen im Hochfrequenzbereich, z. B. bei UKW-Tunern, verwendet.


Lg Roger


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lG
Roger



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Ueli
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, eingetragen 2020-07-03


Wie schon gesagt wurde, sind es die Wirbelströme, die die Induktivität vermindern. Dabei musst du die Phase beachten. Die induzierte Spannung im Metallstück ist -90° phasenverschoben zum Strom in der Spule. Der Strom im gut leitenden Metallstück wiederum -90° zur induzierten Spannung. Somit sind der Strom der Spule (und damit das Magnetfeld) und der Wirbelstrom im Leiterkern gegenphasig und die Magnetfelder heben sich teilweise auf.
Bei schlechten Leitern (Edelstahl) liegt die Phasenverschiebung der Ströme in der Nähe von -90°. Die Spule hat dadurch höhere Verluste (ohmscher Widerstand), die Induktivität bleibt aber weitgehend erhalten.
Gruss Ueli



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Wirkungsquantum
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2020-07-16 10:31


Hallo,
danke für eure Antworten. Jetzt hab ich endlich wieder Zeit mich zu melden.

2020-07-02 10:16 - rogerS in Beitrag No. 2 schreibt:
Hilft das ?



Kerne aus elektrischen Leitern wie Kupfer oder Aluminium, die durch Feldverdrängung die Induktivität verringern, werden zur Abstimmung von (Schwingkreis-)Spulen im Hochfrequenzbereich, z. B. bei UKW-Tunern, verwendet.
Oh das wusste ich gar nicht, danke für die Erklärung. Aber ich hab das mal nachgeprüft, indem ich das Metallstück an einem Magneten gehalten habe - es wurde angezogen, daher nehme ich an das es ferromagnetisch ist.

2020-07-02 08:44 - rlk in Beitrag No. 1 schreibt:
Eine nennenswerte Zunahme der Induktivität ist nur zu erwarten, wenn das Metall ferro- oder ferrimagnetisch ist. Weil aber jedes Metall ein Leiter ist, entstehen Wirbelströme. Wie wirken sich diese auf das Magnetfeld aus? Wie könnte ein Ersatzschaltbild der Induktivität mit eingefügtem Metallstück aussehen?
Die Wirbelströme müssten ja das B-Feld schwächen/stören indem sie sich superpositionieren, oder? Und die effektive Induktivität reduzieren.
Das Ersatzschaltbild würde ich mir als eine Reihenschaltung einer Induktivität mit ohne Metallstück vorstellen.

2020-07-03 13:12 - Ueli in Beitrag No. 3 schreibt:
Wie schon gesagt wurde, sind es die Wirbelströme, die die Induktivität vermindern. Dabei musst du die Phase beachten. Die induzierte Spannung im Metallstück ist -90° phasenverschoben zum Strom in der Spule. Der Strom im gut leitenden Metallstück wiederum -90° zur induzierten Spannung. Somit sind der Strom der Spule (und damit das Magnetfeld) und der Wirbelstrom im Leiterkern gegenphasig und die Magnetfelder heben sich teilweise auf.
Bei schlechten Leitern (Edelstahl) liegt die Phasenverschiebung der Ströme in der Nähe von -90°. Die Spule hat dadurch höhere Verluste (ohmscher Widerstand), die Induktivität bleibt aber weitgehend erhalten.
Gruss Ueli
Ach so, das erklärt natürlich alles. Und dadurch sinkt dann auch letztlich die Resonanzfrequenz, oder?

Grüße
h


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rogerS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, eingetragen 2020-07-16 12:44


Hallo zusammen,

Also bei guten Leitern sinkt die Induktivitaet und dadurch steigt die Resonanzfrequenz

Lg

Roger


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lG
Roger



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