Magnet-Zauberei (Lenzsche Regel)

Die Schwerkraft scheint nicht mehr zu wirken? Dann könnte eine Lenz’sche Röhre bzw. die Lenzsche Regel im Spiel sein. 

Lenz’sche Röhre und Wirbelstromrohr

Bei Produkten, die unter der Bezeichnung Lenzsche Röhre, Wirbelstromrohr und Feel Flux vertrieben werden, handelt es sich um Röhren aus Kupfer oder Aluminium, die in der Regel mit zwei Metallstücken geliefert werden. Lässt man diese durch Röhre fallen, so fällt das eine Metallstück deutlich langsamer als das andere. Der Grund: Bei einem der Metallstücke handelt es sich um einen starken Neodym-Magneten. Dadurch kommt es zu folgendem Effekt:

• Der Magnet fällt durch das Rohr. 
• Im Rohr entstehen elektrische Ströme in Form von Wirbelströmen (Ströme werden induziert)
• Die elektrischen Ströme wiederum erzeugen ein Magnetfeld.
• Das in der Röhre entstehenden magnetische Feld ist dem des fallenden Magneten entgegengesetzt.
• Dadurch wird der fallende Magnet abgebremst.

Der Feel Flux im Einsatz

In nachfolgendem Video kann man diesen Effekt schön sehen. Das Produkt, das dort gezeigt wird, nennt sich Feel Flux. Feel Flux wurde von zwei ungarischen Studenten der Fachbereiche Mechatronik und Produktdesign, Tom Somlyo und Adam Lanyi, entwickelt. Sie studierten währende ihres Studiums die Lenz’sche Regel und waren davon so begeistert, dass sie es als Produkt für alle zugänglich machen wollten. Sie starteten das Feel-Flux-Projekt während ihres letzten Studienjahres mit einer Crowdfunding-Kampagne, die über 36.000 US-Dollar einbrachte. Danach konnte es mit der Umsetzung losgehen.

Mit diesem Physik-Experiment kann die Lenzsche Regel eindrücklich demonstrieren, die besagt, dass ein Induktionsstrom immer so gerichtet ist, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt (s. Video am Ende der Seite). Das hat zur Folge, ein nicht magnetisches Stück Metall im Gegensatz zu einem Magneten ungehindert durch die Röhre fällt, während der Magnet abgebremst wird.

 

Verschiedene Modelle der Lenz’schen Röhre

Heute gibt es eine Reihe von Produkten, die dieses spannende Phänomen aufgreifen und zeigen, was es mit der Lenzschen Regel auf sich hat. Eines davon heißt Newton’s Nightmare, zu Deutsch Newtons Albtraum als Anspielung darauf, dass die Gravitation außer Kraft zu sein scheint.

Eines der schönsten Produkte dieser Art ist Feel Flux, das von einem ungarischen Startup entwickelt wurde (s. Video oben). Auch Lehrmittelanbieter haben solche Produkte zur Lenzschen Regel manchmal im Programm. In der einfachsten Variante verwendet man einen Magneten und lässt diesen durch eine Rolle Aluminiumfolie fallen.

Zauberei mit Metallstücken: die Lenzsche Regel macht’s möglich

Eine Lenz’schen Röhre oder auch einfach nur eine Alu-Rolle eignen sich hervorragend für einen verblüffenden Zaubertrick. Dazu tauscht man die beiden Metallstücke heimlich aus, so dass die Zuschauer denken, ein und derselbe Gegenstand falle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Wirbelströme im Alltag: Die Wirbelstrombremse

Im Alltag findet die Tatsache, dass elektrische Ströme Magnetfelder erzeugen und Magnetfelder unter bestimmten Bedingungen elektrische Ströme überall Anwendung. Zum Beispiel kann man mit der Lenz’schen Röhre sehr anschaulich zeigen, wie eine Wirbelstrombremse funktioniert. Solche Bremsen kommen etwa in ICEs zum Einsatz, aber auch bei Achterbahnen. Will der Zugführer bremsen, so senkt er einen Elektromagnet auf die Schienen. In den Schienen werden dadurch Wirbelströme induziert, die wiederum ein den Bremsmagneten entgegengesetztes Magnetfeld erzeugen. So kommt der Zug schließlich zum Stillstand.

Der Physiker Heinrich Emil Lenz beschrieb 1834 in den Annalen der Physik erstmals dieses Phänomen. Es ist auch bekannt unter dem Namen Lenz’sche Regel. Er hatte es entdeckt, als er sich mit der kurz zuvor von Michael Faraday entdeckten elektromagnetischen Induktion beschäftigte.

Quellen:

TU Darmstadt: https://linus.iap.physik.tu-darmstadt.de/experiment/687/description/

Magnetic Field Laboratory, Florida, USA: https://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/lenzlaw/index.html

Universität Bielefeld: https://www.physik.uni-bielefeld.de/eventphysik/index.php/de/versuche/elektrodynamik/lenz-sche-regel.html