Magneetti ja työ

Seuraa 
Viestejä1013
Liittynyt23.4.2008

Pöydän yläpuolella muutaman sentin korkeudella oleva kestomagneetti nostaa pöydällä olevan rautaesineen kiinni itseensä. Silloin käsittääkseni tehdään työtä. Voima x matka.

Kuluu(ko) energiaa?
Mistä se energia on pois? Heikkeneekö magneetti? Energiatase? Entropia? Mikä on työtätekevän voiman välittäjä? Nimeämätön hiukkanen? Vrt. vaikka hypoteettinen gravitoni painovoimakentässä.

Varmasti palstan fyysikoita naurattaa. Mutta ei se mitään. Saatan viisastua tässä.

---

Sivut

Kommentit (90)

Vierailija

Kun magneetti vetää rautapalan puoleensa, rautapalan potentiaalienergia magneetin suhteen muuttuu muiksi energiamuodoiksi (liike, lämpö, gravitaation potentiaalienergia).

Potentiaalienergian olemassaolo johtuu magneetin magneettikentästä, samalla tavoin kuin kappaleen potentiaalienergia maan läheisyydessä gravitaatiokentästä. Magneettikenttä ei tässä heikkene (rautapala tosin muuttaa kentän muotoa lähestyessään). Putoavat esineet eivät heikennä gravitaatiokenttääkään.

Sähkömagneettisen voiman välittäjähiukkanen on fotoni.

Vierailija

Vuorovaikutussysteemi pyrkii aina tilaan, jossa potentiaalienergia on minimissään. Kun kestomagneetti vetää puoleensa rautaesineen, sen kenttä samalla voimistuu hieman mutta kentän sisältämä energia pienenee juuri sen verran kuin kappaleen nostamiseen tarvitaan energiaa. kun irroitat rautaesineen kestomagneetista, joudut tekemään vastaavan työn ja samalla kentän energia kasvaa takaisin alkuperäiseksi, lähes. Kestomgneetissakin on aina jonkin verran hystereesiä ja osa energiasta häviää lämmöksi ja kestomagneetin kenttä hieman heikkenee.

Jägermeister
Seuraa 
Viestejä1013
Liittynyt23.4.2008
korant
Vuorovaikutussysteemi pyrkii aina tilaan, jossa potentiaalienergia on minimissään. Kun kestomagneetti vetää puoleensa rautaesineen, sen kenttä samalla voimistuu hieman mutta kentän sisältämä energia pienenee juuri sen verran kuin kappaleen nostamiseen tarvitaan energiaa. kun irroitat rautaesineen kestomagneetista, joudut tekemään vastaavan työn ja samalla kentän energia kasvaa takaisin alkuperäiseksi, lähes. Kestomgneetissakin on aina jonkin verran hystereesiä ja osa energiasta häviää lämmöksi ja kestomagneetin kenttä hieman heikkenee.



Kun irrotan magneetissa kiinni olevan raudanpalan teen työtä, joka palauttaa magneetin kentän alkuperäiseksi, lähes. Mutta ei ihan. Osa energiasta muuttuu lämmöksi.
Eli kestomagneetin kyky tehdä työtä, sen energiasisältö, heikkenee aina kun magneetti nostaa rautaesineen ja se siitä taas revitään irti?
Jos näin on, voidaanko ilmoittaa, kuinka paljon energiaa kestomagneetti sisältää "uutena"? Siis vaikkapa Joule/kg.

---

Vierailija
Tetraedri
Potentiaalienergian olemassaolo johtuu magneetin magneettikentästä, samalla tavoin kuin kappaleen potentiaalienergia maan läheisyydessä gravitaatiokentästä. Magneettikenttä ei tässä heikkene (rautapala tosin muuttaa kentän muotoa lähestyessään). Putoavat esineet eivät heikennä gravitaatiokenttääkään. .

Tässä analogiassa on syytä muistaa, että toisin kuin gravitaatiokenttä, magneettikenttä ei tee työtä. Usein on hyvin vaikeaa päätellä, mistä työhön vaadittava energia loppujen lopuksi tulee kun magneettikenttä on pelissä mukana.

Vierailija
deriva
Tässä analogiassa on syytä muistaa, että toisin kuin gravitaatiokenttä, magneettikenttä ei tee työtä. Usein on hyvin vaikeaa päätellä, mistä työhön vaadittava energia loppujen lopuksi tulee kun magneettikenttä on pelissä mukana.

Kun kestomagneetti nostaa rautakappaleen tai jännittää jousen niin jokinhan siinä tekee työtä. Kestomagneetin sisältämä energia on lähes täysin sitä ympäröivässä ilmassa. Tämän kentän energia pienenee juuri tehdyn työn verran jolloin on hyvin perusteltua väittää että magneettikenttä tekee työtä.

Vierailija
korant

Kun kestomagneetti nostaa rautakappaleen tai jännittää jousen niin jokinhan siinä tekee työtä. Kestomagneetin sisältämä energia on lähes täysin sitä ympäröivässä ilmassa. Tämän kentän energia pienenee juuri tehdyn työn verran jolloin on hyvin perusteltua väittää että magneettikenttä tekee työtä.

Ymmärrän pointtisi, ja tiedän että monesti magneettinen työ on hyödyllinen käsite. Korkeakoulutason oppikirjoissa lähtökohtana on kuitenkin käsittääkseni aina, että magneettikenttä ei tee työtä. Energia voi tulla esimerkiksi Lenzin laista: Liikkuvat varaukset näkevät muuttuvan magneettikentän, mikä indusoi sähkökentän. Tämä sähkökenttä esimerkiksi hidastaa varausten liikettä ja vapauttaa näin energiaa muuhun käyttöön.

Magneettisessa attraktiossahan on kyse epähomogeenisen magneettikentän synnyttämästä voimasta: homogeeninen magneettikenttä ei aiheuta voimaa magneettiseen dipoliin. Voit ajatella magneettisen dipolin pieneksi virtasilmukaksi. Kun epähomogeeninen kenttä vetää silmukkaa puoleensa, silmukan läpi kulkeva magneettivuo kasvaa ja Lenzin laki indusoi sähkökentän, joka pienentää silmukan virtaa. Tällöin virtasilmukan varausten energia pienenee.

Noh, tämä kuulostaa melkoiselta saivartelulta eikä päättelyni tässä tapauksessa ole luultavasti aivan aukotonta. Mutta pointtini oli, että magneettikenttä ei tee työtä, vaan ohjaa energiaa muodosta toiseen.

Vierailija
deriva
Mutta pointtini oli, että magneettikenttä ei tee työtä, vaan ohjaa energiaa muodosta toiseen.
Eikös mikä tahansa työ voida määritellä juuri noin, energian ohjausta muodosta toiseen. Jos magneettikenttä synnytetään sähkövirralla niin energia saadaan tietenkin tuon sähkövirran kautta jostain teholähteestä. Kestomagneettiin on energia ladattu alunpitäen sähkövirran avulla. Jos kestomagneetin kentän energiasta osa muuttuu kappaleen liike ja potentiaalienergiaksi niin mitä se muuta voi olla kuin työtä fysikaalisessa merkityksessä.
Otetaanpa arkinen esimerkki vaikka jousiammunnasta. Kun jännität jousen, teet työtä. Kun vapautat sen, jousi kiihdyttää nuolen lentoon. Tuon nuolen kiihdytyksen aikana jousi tekee työtä vaikka alunperin energia oli lähtöisin sinusta ja edelleen esim. kaurapuurosta.

Vierailija
korant
Eikös mikä tahansa työ voida määritellä juuri noin, energian ohjausta muodosta toiseen. Jos magneettikenttä synnytetään sähkövirralla niin energia saadaan tietenkin tuon sähkövirran kautta jostain teholähteestä. Kestomagneettiin on energia ladattu alunpitäen sähkövirran avulla. Jos kestomagneetin kentän energiasta osa muuttuu kappaleen liike ja potentiaalienergiaksi niin mitä se muuta voi olla kuin työtä fysikaalisessa merkityksessä.
Otetaanpa arkinen esimerkki vaikka jousiammunnasta. Kun jännität jousen, teet työtä. Kun vapautat sen, jousi kiihdyttää nuolen lentoon. Tuon nuolen kiihdytyksen aikana jousi tekee työtä vaikka alunperin energia oli lähtöisin sinusta ja edelleen esim. kaurapuurosta.



Työ määritellään viivaintegraalina int(F.dx). Magneettinen voima on muotoa q*v x B, mistä seuraa, että työ on aina nolla. Magneettinen voima ei siis kykene tekemään työtä. Käytännössä magneettinen voima ei siis kykene kiihdyttämään hiukkasta, mutta toki muuttamaan hiukkasen liikkeen suuntaa. deriva tuossa jo selittikin aika hyvin, miten magneettikenttä "ohjaa" energiaa muodosta toiseen, muttei itse sinällään tee työtä.

Vierailija
korant
Jos magneettikenttä synnytetään sähkövirralla niin energia saadaan tietenkin tuon sähkövirran kautta jostain teholähteestä. Kestomagneettiin on energia ladattu alunpitäen sähkövirran avulla. Jos kestomagneetin kentän energiasta osa muuttuu kappaleen liike ja potentiaalienergiaksi niin mitä se muuta voi olla kuin työtä fysikaalisessa merkityksessä.

Sähkökenttä voi yksinään kiihdyttää varatun hiukkasen suureenkin nopeuteen, ja tekee siis työtä. Sen sijaan kun magneettikenttä kääntää virtasilmukkaa kentän suuntaiseksi, paristo joutuu tekemään työtä pitääkseen virran kulkemassa. Työ vaatii siis ulkoisen lähteen, magneettikenttä ei kykene siihen "yksin".

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005

Jos puhutaan magneettikentän tekemästä työstä varaukselle, niin silloin asia menee noin. Mutta jos puhutaan pelkästään kestomagneeteista, joissa idealisoituna ei välttämättä esiinny virtoja ja muita ohmisia häviöitä, niin mikään ei estä ottamasta käyttöön vastaavaa magneettisen potentiaalin käsitettä kuin sähköisessä ja gravitaatiokentässä. Näin myös työn käsite tulee samaan muotoon.

Vai?

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Vierailija

Varattu hiukkanen lienee kai hieman eri asia kuin esim. rautanaula. Kestomagneetti vetää puoleensa rautanaulan. Kun revit sen rautanaulan irti magneetista joudut tekemän työtä, eikö vain. Kuinka sitten kestomagneetti voisi vetää naulan puoleeensa tekemättä työtä.

Vierailija
korant
Varattu hiukkanen lienee kai hieman eri asia kuin esim. rautanaula.

Magnetoituneessa rautanaulassa magneettiset dipolit osoittavat kentän suuntaan, ja Amperen mallissa dipoli ajatellaan aina virtasilmukaksi. Gilbertin mallissa dipolin ajatellaan koostuvan kahdesta magneettisesta monopolista. Itse olen aina ajatellut, että Amperen malli on yksinkertaisempi ja kuvaa fysiikkaa luonnollisemmin.

Noh, tällainen ajatus tuli mieleen. Oletetaan epähomogeeninen magneettikenttä, joka osoittaa x-suuntaan. Tällöin x-suuntaan osoittavaan dipoliin kohdistuu voima F=m*dB/dx, joka saa dipolin liikkumaan vasemmalle jos kenttä heikkenee oikealle. Magneettikentässä liikkuessaan dipoli näkee indusoituneen sähkökentän, mutta jos oletetaan dipolin olevan neutroni, kentällä ei pitäisi olla kummempaa vaikutusta. Mistä dipolin liike-energia tulee?

Ehkä magneettikentän tekemä työ on hyödyllinen käsite, mutta itse olen vain periaatteellisista syistä hieman vastahakoinen hyväksymään sitä

Vierailija
bosoni
Mutta jos puhutaan pelkästään kestomagneeteista, joissa idealisoituna ei välttämättä esiinny virtoja ja muita ohmisia häviöitä, niin mikään ei estä ottamasta käyttöön vastaavaa magneettisen potentiaalin käsitettä kuin sähköisessä ja gravitaatiokentässä. Näin myös työn käsite tulee samaan muotoon.

Luonnollisesti magneettikentälle voidaan määritellä skalaaripotentiaali, jos indusoidut virrat jätetään huomiotta. Mutta eihän tällöinkään suinkaan päde, että kentän tekemä työ olisi magneettisen skalaaripotentiaalin muutos? Vai mitä tarkoitat?

Vierailija
deriva
Mutta eihän tällöinkään suinkaan päde, että kentän tekemä työ olisi magneettisen skalaaripotentiaalin muutos? Vai mitä tarkoitat?
Kenttä muuttuu ja niin muuttuu myös kentän skalaaripotentiaalikin.
Jos tarkastellaan alkuperäistä kysymystä energiaperiaatteen kannalta, niin rautaesineen nostaminen kestomagneettiin kiinni vaatii tietyn energian. Voiko tämä energia tulla jostain muualta kuin kestomegneetin sisältämästä magneettikentästä. Ja todellakin kestomagneetin kentän energia pienenee kun se kiskaisee rautaesineen pintaansa. Miksi magneettikentän tekemän työn hyväksyminen tuntuu tässä niin vastahakoiselta?

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat