Come funziona un freno a correnti parassite?

Cosa ti serve?

Rotolo di foglio di alluminio (dal supermercato)
Sfera magnetica al neodimio da 20 mm

Esaminiamo il seguente esperimento con una sfera magnetica e un rotolo di alluminio:

Una sfera magnetica al neodimio con un diametro di 20 mm e un peso di ca. 30 g viene lasciata cadere attraverso un rotolo di alluminio domestico tenuto in verticale.

Il rotolo di alluminio ha un diametro interno di circa 25 mm. È quindi così grande da non ostacolare meccanicamente la sfera magnetica e quindi da non rallentarla. La lunghezza del rullo di alluminio è di circa 300 mm

Teoria

Secondo le leggi della caduta libera (s=1/2*g*t^2; s=distanza, g=accelerazione di gravità, t=tempo), il tempo richiesto dalla palla in caduta libera per la distanza di 0. 3 m è di circa 0,24 m.3 m è di circa 0,24 s.
Le forze di attrito dell'aria possono essere trascurate in questo esperimento a causa del peso della sfera.

Pratica

Ora misuriamo il tempo necessario alla sfera magnetica (magnete al neodimio) per cadere attraverso il rullo di alluminio.
Misuriamo circa 1,3 secondi e quindi più di 5 volte il tempo rispetto alla caduta libera della sfera magnetica.

Come si produce questo effetto?

Il foglio di alluminio costituito da alluminio quasi puro non è ferromagnetico. Possiamo verificarlo facilmente provando se il foglio è attratto dal magnete al neodimio.
In effetti non è così.
Tuttavia, il foglio di alluminio è effettivamente elettricamente conduttivo, cosa che possiamo confermare rapidamente con un ohmetro.

Quindi cosa succede?

La spiegazione è relativamente semplice:
Il campo magnetico, che cambia localmente a causa del movimento della sfera magnetica, genera una corrente elettrica nel conduttore del foglio di alluminio secondo la legge dell'induzione.
In senso stretto, si tratta di correnti parassite che attraversano l'alluminio in cerchio.
Queste correnti parassite generano a loro volta un campo magnetico opposto a quello generato dalla sfera magnetica. A causa della direzione opposta dei due campi magnetici, essi si attraggono e la sfera magnetica viene trattenuta dal campo magnetico indotto.
Il risultato è una sfera magnetica in caduta frenata.
Poiché le correnti parassite e quindi il campo magnetico opposto sono tanto più forti quanto più veloce è la caduta della sfera magnetica, dopo poco tempo si ottiene una velocità di caduta costante, a differenza della caduta libera, in cui il corpo che cade accelera costantemente.

Freni a correnti parassite in veicoli come autobus o treni funzionano secondo lo stesso principio.

Se volete ricreare questo esperimento magnetico, avete bisogno di un magnete forte, preferibilmente al neodimio. I magneti di ferrite e le correnti parassite indotte, così come il campo magnetico associato, sono molto più deboli, il che significa che anche l'effetto frenante è molto più debole.
Inoltre, le dimensioni del magnete dovrebbero essere scelte in modo che la distanza tra il magnete e il foglio di alluminio non sia troppo grande.


Un esperimento simile può essere effettuato anche utilizzando una guida di alluminio come piano inclinato. In questo caso, un magnete a sfera viene fatto rotolare lungo la guida magnetica inclinata.

 

Qui si può notare (anche senza misurare il tempo) che la pallina rotola lungo il piano molto più lentamente di quanto avverrebbe normalmente su un binario di legno o di plastica, per esempio.
La spiegazione di questo effetto è la stessa descritta sopra. Le correnti parassite generate nel binario dal rotolamento della pallina magnetica creano un campo magnetico che rallenta il rotolamento della pallina magnetica.


Prodotti utilizzati dal nostro negozio:

Sfera magnetica / magnete a sfera Ø 20,0 mm al neodimio nichelato N40 - contiene 6,1 kg