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Arbeit im Magnetfeld

 
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 536

BeitragVerfasst am: Mo Aug 25, 2008 8:40 pm    Titel: Arbeit im Magnetfeld Antworten mit Zitat

HI,

ich hatte schon lang mal so eine Idee, was fällt Euch dazu ein:
Man nehme einen Magneten, z. B. Stabmagneten, da stelle ich mir außen rum geschlossene, gekrümmte Flächen vor, auf denen die Anziehungskraft auf einen Probekörper, z. B. eine kleine Eisenkugel, überall gleich groß wäre. (Ich hab das schon mal mit Äquipotentialflächen bezeichnet, aber das wollte man hier ja nicht hören, na ja.)

Wenn ich jetzt schaue, z. B. bei einem Stabmagneten, da sehen diese Flächen ja nicht wie konzentrische Kugeln aus, sondern irgendwas anderes, z. B. ineinandergeschachtelte Keulen.

Wenn ich jetzt mal nur in Gedanken die Flächen sichtbar mache, die ein paar Millinewton auseinanderliegen, so einige, sagen wir 10, alle von Schale zu Schale mit gleichgroßem Kraftunterschied. Sollte z. B. so irgendwie an eine Zwiebel erinnern; alles ineinander, mit variabelen Schalenabständen.

Jetzt das Experiment: Ich bewege einmal den Probekörper z. B. in axialer Richtung von der innersten zur äußersten Schale, und bei einem weiteren Versuch aber in radialer oder sonstwie einer anderen Richtung.
Der dabei zurückgelegte Weg ist dabei NICHT gleich lang.

Jetzt berechnen wir die für die beiden Fälle aufgewendete Arbeit:
Arbeit ist Kraft x Weg; die Kraft steigt bzw. fällt stetig (je nach Richtung), Anfangs- und Endwert sind für beide Versuche gleich (kann man alles aufintegrieren). Der Weg ist unterschiedlich lang.
Damit müßte die aufgewendete Hebearbeit verschieden sein, da ja die Wege verschieden lang sind.

Auf diesen kräftegleichen Flächen kann ich die Kugel quasi ohne Energieeinsatz (reibungsfrei vorausgesetzt) verschieben, sodaß energetisch die Start- und Endpunkte der beiden Versuche gleichzusetzen sind.

Ich habe die jetzt folgende Vorstellung:
Ich habe zweimal zwei Streckenpunkte verbunden (Anfang und Ende energiegleich) unter Aufwendung unterschiedlicher Arbeit. Oder Sinnumkehr: der Energieunterschied müßte sich nutzbar machen lassen.

Jetzt bin ich aber wohl nicht der erste, der eine vergleichbare Idee hat - und frage mich, wo da der Denkfehler drinsteckt.
Helft mir bitte auf die Sprünge.
_________________
Grüße, Stefan
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rue



Anmeldedatum: 17.05.2004
Beiträge: 335
Wohnort: Kärnten/Österreich

BeitragVerfasst am: Di Aug 26, 2008 9:47 am    Titel: Antworten mit Zitat

Auf die Schnelle würde ich meinen, dass das nicht zutrifft:

Zitat:

Der dabei zurückgelegte Weg ist dabei NICHT gleich lang.


Ein beliebiger Weg wird immer aus einer vertikalen (=entgengen der Magnetkraft)
und aus einer horizontalen (=entlang einer Schale) Komponente
bestehen. Ich würde meinen, dass die vertikale, also jene für die
Arbeit verrrichtet wird, Komponente immer
gleich lang ist. Die Kraftwirkung nimmt ja in allen Richtungen immer
nach der gleichen Gesetzmäßigkeit ab.
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 536

BeitragVerfasst am: Di Aug 26, 2008 11:01 am    Titel: Antworten mit Zitat

Hmmm, könnte sein.
Um sich das besser vorzustellen wäre ein berechnetes Schaubild als Beispiel hilfreich.

Frage an alle:
Wer findet als erster ein schönes bespielhaftes Bild wo man mal konkret draufschauen kann?
_________________
Grüße, Stefan
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 536

BeitragVerfasst am: Mi Aug 27, 2008 8:13 am    Titel: Antworten mit Zitat

Gut, wenn ich jetzt einschränkend hinzufüge, daß der Bahnverlauf für das Experiment aus einer Kurve bestehen soll, die jede der Kraftflächen senkrecht durchstößt?

EDIT: (fragt sich, ob die Flächen gleicher Kraft senkrecht stehen zu dem zugehörigen Kraftvektor, wenn der Probekörper sich auf der Fläche befindet...)


Damit hätte ich die horizontale Komponente erst mal eliminiert, die Folge wäre vermutlich, daß beide Bahnen unterschiedlich gekrümmt wären. Und wenn die Schulphysik stimmt, dann müßten beide Kurven gleich lang sein.
_________________
Grüße, Stefan
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uli.paul



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Beiträge: 669
Wohnort: Augsburg

BeitragVerfasst am: Do Sep 18, 2008 4:15 am    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn man jetzt einmal die "Äquipotentiallinien" im mag. Feld als ein Synonym nimmt für "Linien, die Punkte gleicher Feldstärke miteinander verbinden" - also eben die mag. Feldlinien sind, dann lässt sich folgendes sagen:

1.) Jeder Weg entlang einer Feldlinie ändert nichts am Energiezustand von allen beteiligten Körpern

2.) Jede Bewegung senkrecht zu den Feldlinien bewirkt eine Änderung des Energiezustandes. Die Änderungen sind zu 100% reversibel. Energie, die bei einem Übergang gewonnen wird, wird beim entgegengesetzten wieder frei.

Leider! Aber so funktionieren alle E-Motoren dieser Erde.
_________________
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 536

BeitragVerfasst am: Do Sep 18, 2008 8:19 am    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Wenn man jetzt einmal die "Äquipotentiallinien" im mag. Feld als ein Synonym nimmt für "Linien, die Punkte gleicher Feldstärke miteinander verbinden" - also eben die mag. Feldlinien sind, ...


Stop, stop, stop... Holzweg. Feldlinien zeigen die Richtung des Feldes an und zeigen keinesfalls die Feldstärke.

In Bildern, die Magnetfelder darstellen, nimmt die Feldstärke mit dem Abstand der dargestellten Feldlinien zu und ab. Zumindest qualitativ. Ob das dann quantitativ auch so wäre, kann ich nur vermuten.
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Grüße, Stefan
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uli.paul



Anmeldedatum: 04.02.2006
Beiträge: 669
Wohnort: Augsburg

BeitragVerfasst am: Fr Sep 19, 2008 2:01 am    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe geschrieben "... gleicher Feldstärke .." und ich bitte das auch zu beachten. Magn. Feldlinien existieren genausowenig wie Isobaren auf einem Wetterbild. Sie sind nur bildliche Darstellungen. Oder Höhenlinien auf einer Karte - hat schon jemals eine Höhenlinie in der Natur gesehen? (Vielleicht erlaubt sich ein Heimatverein den Spaß, eine Höhenlinie um "ihren" Berg/Hügel zu ziehen, aber die ist auch nur künstlich.)

Dass man magn. Feldlinien so einfach sichtbar machen kann, verleitet viele dazu, zu glauben, dass sie tatsächlich Feldlinien sehen. Sie sehen aber nur eine graphische Darstellung davon.

Ein ganz einfacher Test zeigt das:

Man nehme:

1.) Einen Magneten, der aus Gründen der "Ablesbarkeit" möglichst groß sein sein sollte und die Pole möglichst weit entfernt voneinander haben sollte - sonst sieht man ja nichts.

2.) Zwei Blatt weißes Papier.

3.) Einen Streuer mit groben Eisenfeilspänen.

4.) Einen Streuer mit wesentlich feineren Eisenfeilspänen.

5.) Eine Sprühdose mit Fixierlack oder Sprühkleber oder sonst ein durchsichtiger Lack.

Sodann legen man eines der weißen Blätter über den Magneten und bilde die "Feldlinien" mit den groben Eisenspänen ab und fixiere das Bild mit dem Lack. Danach die gleiche Prozedur mit den feinen Spänen.

Nach dem Trocknen des Lacks kann man die zwei Bilder übereinanderhalten und sie im Durchlicht vergleichen - eigentlich "verunterschiedlichen", denn sie zeigen zwar die gleiche "Struktur", aber eine Deckungsgleichheit ist nicht zu erreichen, außer bei ein paar "Feldlinien".

Das zeigt ganz klar, dass ein Magnet (praktisch) unendlich viele "Feldlinien" hat - so wie ein Berg (praktisch) unendlich viele Höhenlinen hat.
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 536

BeitragVerfasst am: Mo Sep 22, 2008 1:17 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Uli.Paul:

Also,
für mein Empfinden ist der Begriff Feldlinien im Zusammenhang mit Magnetfeldern fix definiert und meint stetige Linien, die in jedem (Feld-)Punkt angeben, welche RICHTUNG das Magnetfeld hat.

Wenn ich Dich recht verstehe, meinst Du auch stetige "Linien" die das "Feld" darstellen, jedoch mit anderem Verlauf, da sie nicht die Richtung sondern die Feldstärke verkörpern. Die haben aber eben einen ganz anderen Verlauf. Ich versuche das im Folgenden zu veranschaulichen:

Nimm einen Stabmagnet, vergegenwärtige Dir den typischen Verlauf, nach dem sich Eisenspäne in einem 2D-Längsschnitt ausrichten würden. Dieser Verlauf wird landläufig salopp als Feld"linien" mißverstanden, insofern gebe ich Dir Recht.
Die "Feldlinien" in der Mitte der Polflächen treten nahezu senkrecht aus. Wenn ich jetzt einen Probekörper nehme und entlang einer solchen "Feldlinie" z. B. von der Polfläche weg bewege, so ist die Kraft am Anfang am größten und nimmt dann schnell mit der Entfernung ab.

Meintest Du also das, was (1.) 98% der Bevölkerung unter Feldlinien verstehen, oder meintest Du (2.) den erweiterten Begriff, also andersgeartete Feldlinien, welche Verläufe gleicher Kraft veranschaulichen?
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Grüße, Stefan
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Steve



Anmeldedatum: 20.12.2004
Beiträge: 536

BeitragVerfasst am: Do Dez 30, 2010 11:06 am    Titel: Antworten mit Zitat

Bump!

So, das Feldliniendings war wohl zu hoch, vielleicht können wir das gerade mal beiseite lassen.

Ich möchte zurückkommen auf meine ursprüngliche Idee, Probekörper zwischen mag. potential-gleichen Flächen zu bewegen auf unterschiedlichen Wegen über damit unterschiedlich lange Wegstrecken. Was passiert hier mit der Arbeit?

Ich denke, daß Rüdiger (RUE) mal wieder den richtigen Riecher hat und daß sich der ganze Vorgang so darstellen läßt, daß unter dem Gesichtspunkt der Arbeit die Wege wieder gleich lang sind.
- - -
Was mir in der Vorstellung immer hinderlich ist, ist die Tatsache, daß ein Probekörper ja seinerseits die Feldlinien verbiegt. Somit läßt sich ein solches geistiges Experiment an sich nicht rein theoretisch durchführen, das muß man echt ausprobieren. Ich hätte da so einen Versuchsaufbau im Kopf, die Umsetzung wäre allerdings für meine Verhältnisse recht aufwändig.
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Grüße, Stefan
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