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magnetischer qasi-Monopol
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 539

BeitragVerfasst am: Fr Dez 09, 2005 8:51 pm    Titel: magnetischer qasi-Monopol Antworten mit Zitat

Hallo,

ich hab mir mal was ausgedacht, was ich eigentlich nur wegen den Kosten für anständige Magnete noch nicht probiert habe.
Man kann ja eine eiserne (Hohl-) Kugel nicht einfach so aufmagnetisieren, daß eine Art Monopol entsteht. also z. B. Nord außen und Süd innen.
Aber man könnte versuchen, so was zusammengesetzt zu realisieren. Also könnte man eine geeignete Kugel mit Magneten bekleben, die alle gleich gepolt ausgerichtet sind. Z. B. alle nach innen zeigend.

Da bleibt die Frage: was machen die Feldlinien? Schlüpfen die sämtlich durch die Zwischenräume, um sich wieder kurzschließen zu können?
Dann hätte ich die Idee, ich könnte eine echte Hohlkugel nehmen, die in Sektoren zersägen, diese einzeln aufmagnetisieren und so wieder fugenlos (mit Nut und Feder?) zusammensetzen in der Hoffnung, daß haarfeine Restspalte nicht ins Gewicht fallen.
Ist das dann ein quasi-Monopol oder nicht?
Hätte der dann die Eigenschaft, in einem großen, homogenen Magnetfeld immer nur von einem Pol angezogen zu werden?

Unabhängig von dieser Antwort gäbe es ein interessantes Experiment: man könnte mit noch mehr Magneten eine Halbschale auskleiden, und da hinein die Monopolkugel zu setzen. Ich vermute stark, sie würde ohne weitere Regelung freiwillig schweben.
Das wäre ein weiterer Beweis gegen das Earnshaw Theorem (vgl. Diamagnetische Levitation)

Anwendung als Spielzeug und als Magnetlager.

Das wär´doch mal eine Bastelei für HC und RS???
_________________
Grüße, Stefan
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ov3runity



Anmeldedatum: 05.11.2005
Beiträge: 52
Wohnort: Neuschwabenland, Österreich

BeitragVerfasst am: Sa Dez 10, 2005 10:16 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Steve,

ich denke, wenn man eine solche von dir geschilderte Kugel versuche würde zusammenzubauen, so würde man einfach kein Feld mehr messen können. Ich denke, die Magnetkraft der Kugel würde relativ schnell zum Erliegen kommen.

Ich Teile deine Vorstellungen bezüglich eines hypotetischen magnetischen Monopols im homogenen Feld und würde dieses Verhalten auch für inhomogene Felder voraussagen.

Verwundert bin ich in Bezug auf deine Abneigungen gegenüber dem nach Samuel Earnshaw benannten Theorems. Da sich die Aussagen von Kollegen Earnshaw jedoch auf statische Systeme, magnetische Mehrpole und Ferromagnetika beziehen - und unter diesen Voraussetzungen noch kein Widerspruch zu diesem Theorem beobachtet wurde - ist dies imo unbegründet. Ich bitte daher, das Gegenteil zu beweisen.

Die überlegungen mit der Halbschale finde ich interessant. Ich gehe davon aus, daß du einen massebehafteten Monopol gemeint hast, der im Magnetfeld gegen die Schwerkraft stabilisiert ist. Vielleicht gibt es bei dieser Anordnung eine art "makroskopischen Tunneleffekt" und die Monopolkugel kann dem Magnetfeld durch "Ausborgen von Energie" entfliehen, sie springt praktisch aus dem Potentialtopf. Vielleicht gibt es solch einen Effekt jedoch auch nicht.

SG aus dem OOEZR, ov3runity
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 539

BeitragVerfasst am: So Dez 11, 2005 7:15 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Ov3runity,
Zitat:
ich denke, wenn man eine solche von dir geschilderte Kugel versuche würde zusammenzubauen, so würde man einfach kein Feld mehr messen können. Ich denke, die Magnetkraft der Kugel würde relativ schnell zum Erliegen kommen.


So was habe ich auch vermutet, möglicherweise sähe es etwas besser aus für große Kugelradien.

Zitat:
und unter diesen Voraussetzungen noch kein Widerspruch zu diesem Theorem beobachtet wurde - ist dies imo unbegründet. Ich bitte daher, das Gegenteil zu beweisen.


Ich denke, daß die diamagnetische Levitation durchaus ein klarer Beweis ist, oder? Es gibt ein Schweben, es gibt Permanentmagnete, es gibt keine weitere Energiezufuhr. Das sollte doch reichen.
Eine weitere Idee:
Beklebe einen zylindrischen Topf außen gleichsinnig mit Magneten, einen darum passenden Topf auf der Innenseite mit gegengepolt gleichsinnigen Magneten (eine weite, niedrige Bauform könnte ich mir als geeignet vorstellen), setze sie ineinander, und was sollte anderes passieren als daß der innere Topf schwebt?
Ich wage schon auf dieser reinen Gedankenbasis zu behaupten, daß das funktioniert.
Die Magnete auf dem Topfboden halten den inneren Topf in der Höhe, die radialen Magnete in der Topfwand zentrieren die Geschichte. Über die weite Topfform kann ich verhindern, daß sich der Innentopf anhebt und auf dem Kopf landet.
Ähnliches müßte auch mit zwei Halbschalen funktionieren, solange das Verhältnis des Eigengewichts der Innenschale zu den vorhandenen Magnetkräften paßt. Dann wäre das Magnetfeld zu schwach, die innere Halbschale komplett umzudrehen, aber stark genug, sie zum Schweben zu bringen.

Zitat:
Vielleicht gibt es bei dieser Anordnung eine art "makroskopischen Tunneleffekt" und die Monopolkugel kann dem Magnetfeld durch "Ausborgen von Energie" entfliehen, sie springt praktisch aus dem Potentialtopf. Vielleicht gibt es solch einen Effekt jedoch auch nicht.


Keine Ahnung, was Du meinst, aber verbeiße Dich nicht zu sehr an dem Monopol. Ich glaube, daß es eher keinen echten Monopol gibt. Ich wollte diese Frage nur zur Diskussion stellen.
_________________
Grüße, Stefan


Zuletzt bearbeitet von Steve am Mi Jan 25, 2006 9:05 pm, insgesamt einmal bearbeitet
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ov3runity



Anmeldedatum: 05.11.2005
Beiträge: 52
Wohnort: Neuschwabenland, Österreich

BeitragVerfasst am: Mo Dez 12, 2005 5:56 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hi Steve,


Zitat:

Zitat:
und unter diesen Voraussetzungen noch kein Widerspruch zu diesem Theorem beobachtet wurde - ist dies imo unbegründet. Ich bitte daher, das Gegenteil zu beweisen.


Ich denke, daß die diamagnetische Levitation durchaus ein klarer Beweis ist, oder? Es gibt ein Schweben, es gibt Permanentmagnete, es gibt keine weitere Energizufuhr. Das sollte doch reichen.


Um Earnshaw zu wiederlegen? Wohl kaum, genausowenig wie das Levitron, das Verhalten von Supraleitern oder aktive elektrische Rückkopplung wie bei manchen Spielzeugschwebern. "This theorem states that there is no possible static configuration of ferromagnets which can stably levitate an object against gravity, even when the magnetic forces are stronger than the gravitational forces." -> mit Betonung auf static und ferromagnets, wie ich bereits versucht habe, darzulegen. Nimm es mir nicht böse, daß ich daran jetzt herumhacke, ich finde es nur ungerecht, verbal auf Earnshaw einzuschlagen wobei es bei seinem Theorem um ganz etwas anderes geht. In meinen Augen hat das der gute alte Samuel nicht verdient :)
Zitat:

Beklebe einen zylindrischen Topf außen gleichsinnig mit Magneten, einen darum passenden Topf auf der Innenseite mit gegengepolt gleichsinnigen Magneten (eine weite, niedrige Bauform könnte ich mir als geeignet vorstellen), setze sie ineinander, und was sollte anderes passieren als daß der innere Topf schwebt? Ich wage schon auf dieser reinen Gedankenbasis zu behaupten, daß das funktioniert.


Ja, genauso habe ich das auch schon einmal gedanklich durchgearbeitet, hier wäre Platz für das Theorem sich zu beweisen. Man müsste es eben einfach probieren, ich tippe darauf, daß die Anordnung nicht stabil ist (solange man den Topf nicht dreht).

Zitat:
Zitat:
Vielleicht gibt es bei dieser Anordnung eine art "makroskopischen Tunneleffekt" und die Monopolkugel kann dem Magnetfeld durch "Ausborgen von Energie" entfliehen, sie springt praktisch aus dem Potentialtopf. Vielleicht gibt es solch einen Effekt jedoch auch nicht.


Keine Ahnung, was Du meinst, aber verbeiße Dich nicht zu sehr an dem Monopol. Ich glaube, daß es eher keinen echten Monopol gibt. Ich wollte diese Frage nur zur Diskussion stellen.


Ich meine damit, daß der Topf praktisch aus dem Magnetfeld "herausgespuckt" wird. So wie auf der Quantenebene, wo sich ein Teilchen auch Energie "ausborgen" kann um einem Potential zu entfliehen wofür es eigentlich gar nicht die nötige Energie haben dürfte. War nur ein Gedankenspiel. Übrigens kann ich mir in diesem Zusammenhang schon irgendwie eine Art magnetisches Quantum oder magnetisches Quark vorstellen. Ungefähr wie Elektron und Positron, ein Nord- und ein Südteilchen, die einfach nur so selten getrennt vorkommen, weil die Bindungsenergie zwischen ihnen so hoch ist. Naja, die Physik wird noch einiges Erfinden, vielleicht erleben wir es ja noch, daß diese Fragen geklärt werden.

Herzlicher Gruß aus Oberösterreich,
ov3runity
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 539

BeitragVerfasst am: Mo Dez 12, 2005 9:04 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Zitat:
Man müsste es eben einfach probieren, ich tippe darauf, daß die Anordnung nicht stabil ist (solange man den Topf nicht dreht).


Vielleicht noch ein Gedankenexperiment, das uns weiterhelfen könnte:
Bekleben wir im Geiste zwei große Frühstücksbrettchen mit gleichsinnigen Magneten und legen das eine auf den Tisch, das andere umgekehrt darauf.
Sie stoßen sich ab und eventuell gleitet das obere Brettchen seitlich weg; so weit so gut.
Jetzt halten wir das obere Brettchen mal so fest, daß es seitlich nicht mehr weg kann. Für den Fall, daß die Brettchen breit genug gewählt wurden, kann sich nichts umdrehen, da die Magnete, welche sich am Rand anheben wollten, sofort wegen des erhöhten Abstands an Abstoßungskraft verlieren. Die Magnete auf der Gegenseite stoßen sich entsprechend stärker ab. Also ist die Horizontallage stabil.
Bei zu schmalen Brettchen könnte es passieren, daß sich das Ganze umdreht, weil einfach nicht genug Standfläche da ist. Das wäre wie aufrecht in einem Einbaum stehen zu wollen. Er kippt sehr leicht. Hat der Einbaum aber mehr Standfläche, z. B. durch einen Ausleger, so kann er nicht mehr so leicht kentern.

Jetzt beobachten wir mal wieviel Kraft nötig ist, das obere Brettchen auf der Stelle zu halten: ziemlich wenig. Wenn das untere Brettchen gut ausbalanciert ist und alles gleichmäßig ist, ähnelt der Aufbau einer Luftkissenanordnung. Ich brauche fast keine Kraft, um alles festzuhalten.

Nächster Aufbau sind konzentrische Ringe, die radial mit gleichsinnigen Magneten beklebt sind. Beide liegen auf einem glatten, rutschigen Tisch. Bewege ich den äußeren Ring, so rutscht der innere Ring immer wieder zur Mitte des äußeren Ringes.

So, und jetzt brauche ich nur noch das Ganze zu kombinieren. Ist es mir zu unsicher, daß sich die Brettchen und die Ringe magnetisch in die Quere kommen, so kann ich durch Variation der Ringhöhe oder dessen Durchmesser dafür sorgen, daß beide Abstoßungseffekte hinreichend entkoppelt sind.

Mensch, muß ich jetzt echt ein Kilo Magnete kaufen gehen? Klar geht das.
_________________
Grüße, Stefan
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Steve



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Beiträge: 539

BeitragVerfasst am: Sa Dez 17, 2005 6:11 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe sogar noch eine bessere Idee:

Ich denke, daß die beiden Brettchen sogar ohne zusätzliche Zentrierung halten könnten, wenn man gut gebastelt hat.

Nehme ich zum Bekleben runde Magnete, so habe ich zwangsweise Löcher zwischendrin, egal, ob ich ein qadratisches oder dreieckiges Raster verwende. Setze ich jetzt zwei gleichartig gerasterte Brettchen übereinander, könnte es passieren, daß das obere Brettchen stabil schwebt.

Warum?

Beurteilen wir mal das Gesamtfeld eines Brettchens mit einem einzelnen Magneten: Wir fahren mit dem Magneten darüber und stellen fest, daß das Gesamtfeld zwar insgesamt gleich ausgerichtet ist, aber nicht für jeden Punkt gleich stark. Befindet man sich direkt über einem Brettchenmagneten, so ist die Abstoßung etwas stärker, als wenn man sich über einer Lücke befindet.
Stellt man sich eine Fläche vor, die einen stetigen Verlauf von gleich starker Abstoßungskraft zeigt, so wird sie wellig sein, ähnlich der Oberfläche von Wellschaumstoff. Jede Erhöhung liegt über einem Magneten, jedes Tal über einer Lücke.

Jetzt hat ja das zweite Brettchen einen Feldverlauf, der genauso aussieht. Setze ich das zweite Brettchen erst mal so auf, daß sich zwei Magnete genau gegenüberstehen, so wird diese Lage nicht stabil sein. In unmittelbarer Nachbarschaft liegen ja Punkte, wo die Abstoßung geringer wäre, also eine energieärmere Lage. Der Idealpunkt für eine stabile Lage wäre also eine Stelle, wo ein Potentialberg auf ein Potentialtal trifft, also wo ein Magnet auf eine Lücke trifft.
Aus dieser Lage kann sich das obere Brettchen nicht von alleine befreien.

Also haben wir auf einfachste Weise stabiles Schweben erreicht.
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Grüße, Stefan
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Blizzi



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BeitragVerfasst am: Di Jan 17, 2006 9:59 pm    Titel: Antworten mit Zitat

wieso hat sowas eigentlich noch keiner ausprobiert?
das sind doch echt gedankenspiele simpelster art
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 539

BeitragVerfasst am: Mi Jan 18, 2006 12:03 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hab schon auf Ebay geschaut, aber knackige Magnete (macht einfach mehr Spaß) kosten auch knackig Geld. Und für solche Versuche braucht man ja schon einige davon.
Aber es kommt der Tag...
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Grüße, Stefan
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etnie



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BeitragVerfasst am: Mo März 06, 2006 8:49 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Also, ich hab folgendes probiert:
Ich habe zwei Brettchen mit 2mal2cm Neodym-Magneten beklebt. und zwar nach folgendem Muster

1.Brettchen

SSS
SSS
SSS

2. Brettchen

SSSSS
SNSNS
SSSSS
SNSNS
SSSSS

Ich dachte mir, wenn man jetzt die Brettchen aufeinander legt, wird das obere, kleinere Brettchen schweben, da es ja von den "Nordpolen" des unteren Brettchens an den Ecken fixiert wird. Ich hoffe ihr könnt mir folgen Smile
Jedenfalls funktionert es nicht. Das kleinere Brettchen wird komischerweise vom grossen mit ziemlicher Kraft angezogen. Das ist insofern verblüffend, da ja 4 anziehende gegen 5 abstossende Magnete "kämpfen"
Also ich versteh das nicht...
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Andi



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BeitragVerfasst am: Mo März 06, 2006 10:03 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Macht also 9 Magnete, das Muster passt irgendwie nicht ganz.
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etnie



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BeitragVerfasst am: Mo März 06, 2006 10:38 pm    Titel: Antworten mit Zitat

3 mal 3 sind 9, oder? Wie das kleinere Brettchen. Du hast das Prinzip noch nicht ganz verstanden.
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Andi



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BeitragVerfasst am: Di März 07, 2006 12:00 am    Titel: Antworten mit Zitat

9 Magnete auf dem ersten Brettchen, und 25 auf dem zweiten, korrekt?

Kommt drauf an wie sich die ganzen nebeneinander gelegten Magnete verhalten, muss nicht sein dass Das resultierende Magnetfeld so aussieht wie auf deinem Muster.
Ausserdem, wenn das wirklich Neodym-Magnete sind muss ja relativ viel Platz dazwischen sein.
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etnie



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BeitragVerfasst am: Di März 07, 2006 8:06 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Korrekt, ja.
Das resultierende Magnetfeld ist genau so, wie auf dem Muster, 100pro. Wenn man nämlich mit einem einzelnen Magneten mit der Hand drüberfährt, merkt man das alle Magneten abstossen, ausser die besagten vier. Ich hab alles 100 mal kontroliert.
Das sind Neodym-Magneten und da liegt überhaubt kein Platz dazwischen. Und das war überhaubt nicht einfach, die so dichtgedrängt aufzukleben, aber ich hab ein paar Tricks rausgefunden. Man muss zB am Anfang nur jeden zweiten aufkleben, danach die anderen dazwischenschieben.
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uli.paul



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BeitragVerfasst am: So Apr 09, 2006 2:14 am    Titel: Antworten mit Zitat

Mit auschließlich ferro- oder ferri-magnetischen Materialien/Anordnungen läßt sich tatsächlich kein stabiler Zustand des Schwebens erzeugen - ganz gleich wie die Anordnung aussieht - aber das sagt schon die Theorie. Hier versagen die Physiklehrer offensichtlich auf ganzer Linie: Wenn ich 2 oder 5 oder 100 Magnete so anordne, daß ihr (sagen wir einmal) N-Pol nach oben zeigt und dazwischen ein paar Magnete anbringe, deren S-Pol nach oben zeigt, dann habe ich eine Anordung, die deutliche Energieminima zeigt und zwar zwei für jeden dazwischengeschaltenten S-Pol. Und in diese Energieminima wird sich jeder andere Magnet oder Anordnungen von Magneten begeben - und festkleben, also sich nicht mehr freiwillig bewegen und auch nicht schweben, da die Magneten aneinanderkleben.

Warum das Schweben mit diamagnetischen Materialien funktioniert, liegt daran, daß dadurch eine _asymmetrische_ Verzerrung der Feldlinien bewirkt wird. Und das ist das entscheidende: Es wird einem großen Magnetfeld eine asymmetrische Feldverteilung aufgezwungen und damit wird der kleine Magnet in ein Gleichgewichtsverhältnis gezwungen: bewegt er sich witer nach außen, dann hat das diamagnetische Material weniger Einfluß und die Abstoßung treibt ihn nach innen. Bewegt er sich zu weit nach innen, dann haben die zwar äußeren Feldlinien weniger Einfluß, aber dafür haben jetzt die weiter innenliegenden (im Spalt) einen größeren Einfluß. Analoges gilt für die Abweichungen nach oben und unten.

Um es jetzt einmal etwas flapsig zu erklären:

1.) Der kleine Magnet (der, der schwebt) hat einen magnetischen "Schwerpunkt". Bei einem runden Magnet mit N oben und S unten ist das sein Mittelpunkt.

2.) Der große Magnet (der, der das globale Feld zur Verfügung stellt) hat natürlich auch einen "Schwerpunkt".

3.) Aber jetzt kommt das diamagnetische Material zwischen den Jochen des globalen Magneten ins Spiel. Es verdrängt die Feldlinien aus sich heraus in die Umgebung. Damit verschiebt sich der "Schwerpunkt" der Feldlinien nach außen. Dabei ist ganz wichtig, daß eine V-Kerbe in dem Material vorhanden ist - ansonsten funktioniert das nämlich nicht: Es gibt dann nämlich keinen eindeutig definiierten "Schwerpunkt" mehr. Mehr dazu gleich unten.

4.) Der kleine Magnet wird seinen "Schwerpunkt" genau auf den "Schwerpunkt" des globalen Feldes legen, da das die niedrigste Energiestufe ist - er wird also schweben, weil jede Abweichung eine Energieerhöhung ist.

Aber jetzt als Hausaufgabe: Was passiert, wenn ich zwischen dem globalen Magneten nicht ein diamagnetisches Material mit einer V-Kerbe einsetze, sondern zwei parallele Platten aus einem solchen Material?

Antwort: der kleine Magnet saust nach innen und bleibt dort liegen - aber warum?
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etnie



Anmeldedatum: 01.03.2006
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Wohnort: Bern

BeitragVerfasst am: Mo Apr 10, 2006 7:10 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Erklär mir doch bitte in ein paar knappen, leicht verständlichen Sätzen, warum mein Experiment gescheitert ist!
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