Fallende Magnete

[Murus]

Hier mal etwas einfacheres:

Wieso fällt ein Magnet unter gleichen Bedingungen in einem Alurohr langsamer als in einem Plastikrohr?

[Andree-HB]

...bremsende, durch die Bewegung induktiv erzeugte, entgegenwirkende Wirbelströme !

[Murus]

zu einfach... :) (meine Frage)

[SprinterSB]

Wie würde es denn aussehen, wenn man das Alurohr so weit kühlte, bis es supraleitend wird?

Würde dann der Magnet immer noch fallen?
Oder einfach im Rohr "stecken" bleiben (Meissner-Ochsenfeld)?
Oder überhaupt nicht mehr gebremst werden, weil es keine Verluste durch Umwandlung der Wirbelströme in Wärme mehr gibt?

[Madgyver]

Wenns tatsächlich supra ist wir der MO Effekt den Magneten an Ort und Stelle halten.

Das gebremst werden hat nichts mit Wärmeverlust zu tun.

[SprinterSB]

Bei MO verharrt der Magnet jedoch über dem Stoff, während er in einem Rohr nichts unter sich hat. Ausserdem ist's bei MO kein Wanderfeld.

Der Meissner-Ochsenfeld-Effekt erzeugt praktisch ein Spiegelbild des Magneten. Wodurch er sich selbst von diesem Spiegelbild abstösst. In einem Rohr sollte der Magnet dennoch fallen, aber um die Mittelachse der Rohres oszillieren, also eine Schraubenlinie beschreiebn (bis auf Reibungsverluste durch Luftreibung).

[Madgyver]

Das nicht ganz richtig. Ob Stoff drunter ist oder nicht ist wurst. Allein das Magnetfeld ist von bedeutung. Die Kreiströme im Rohr unterhalb des magneten stoßen in ab und werden nie schwächer da kein Verlust auftritt. oberhalb dasselbe, nur wird der magnet angezogen.

Der MO sagt eigentlich nichts aus über die relative Lage des Supraleiters zum magneten, sondern eher über die "Behinderung" der relativen Bewegung zueinander.

Ausserdem hab ich schon mit Supraleitern gespielt. ^^ *gg*

[SprinterSB]

Das stimmt, der MO ist allgemein und nicht von einer bestimmten Anordung abhängig. Aber ebenso, wie zwei abstossende Magnete nach unten fallen, wird auch der Magnet im Rohr fallen. (Wenn du Supraleiter hast, kannst es ja mal austesten ;-)). Es spielt ja auch die Schwerkraft eine Rolle, ob die in Richtung Magnet-S-Leiter wirkt oder senkrecht dazu. Eine senkrecht auf die Bewegungsrichtung wirkende Kraft wird den Magneten nicht bremsen.

Die Frage ist lediglich, wie stark der Magnet ist bzw wie groß der Abstand von der Rohrwandung ist. Ist der Magnet stark und die Wandung nah, bleibt er u.U. schon oben stecken. Bei grosserem Abstand bzw. schwächerem Magneten wird er fallen.

Wenn man einen Magneten senkrecht ins Rohr fallen lässt und er nicht schon oben auf Stillstand gebremst wird, erzeugt er in dem Leiter Ringströme (Ströme, die Aufgrund der Annäherung an den Leiter entstehen, etwa durch Torkeln, halten ihn von der Wand ab wie von MO gewohnt). Ströme, die aus der longitudinalen Bewegungskomponente erzeugt werden, bremsen ihn ab und beziehen ihre Energie aus der mechanischen Energie des Magneten (Geschwindigkeit, Potential). Kommt der Magnet mit dem zweiten Pol an dieser Stelle vorbei, wirken die Kreisströme jedoch anziehend, und nach Vorbeifallen des Magneten ist alles wie vorher -- wie gesagt, das gilt für den symmetrischen Fall. Die im Supraleiter gespeicherte Enegie ist dann so groß wie die Anfangsenergie des Magneten, wächst aber nicht weiter an.

Der Magnet sollte also fallen, und zwar sogar beschleunigt, weil im S-Leiter keine Kreisströme verbleiben und keine Dissipation auftritt (im Gegensatz zum normalen Leiter, wo der zweite Pol eine geringere Kraft erfährt, weil sich das Magnetfeld durch die Dissipation abgebaut hat).

Beim asymmetrischen Fall verbleibt allerdings Energie im S-Leiter, die in erster Näherung proportional zum zurückgelegten Weg ist.

Jedenfalls denke ich, daß es nicht so [i]ganz[i] einfach ist...

[Madgyver]

Ausprobiert hab ich das schon, indirekt. Mit dem MO kann ich mit dem Magneten den S-Leiter aus dem N2 Reservoir herausheben und um 90° drehen ohne das er sich bewegt (naja drehen um die Polachse tut er sich schon aber das ist ja egal ist ja alles rund ^^).

Die Kreisströme, bleiben nicht an Ort und Stelle, sondern sind von der Translation des Magneten abhängig. Die Anzieheung wie du sie beschreibst findet nicht statt.

[SprinterSB]

Du hebst also den S-Laiter aus dem N2 heraus, indem du den Magneten nebendran hälst und dann hochziehst? Etwa so:

/|\
|
|
MMMM
MMMM
MMMM SSSS
MMMM SSSS
MMMM SSSS
MMMM
MMMM
MMMM


Die Kreisströme kann man doch betrachten als Überlagerung der durch den vorderen Pol erzeugten Ströme und den durch den hinteren Pol erzeugten.

Der MO-Effekt ist ja ein "statischer" Effekt, bei dem jeder Pol sein eigenes Spiegelbild sieht.

Bei einer Längsbewegung kommt der Magnet doch auch an deM Feld vorbei, das vom ersten Pol erzeugt wurde. Oder wo ist mein Denkfehler?

[Madgyver]

Ich hebe ihn senkrecht hoch, Magnet über S-Leiter und dann drehe ich ihn. Jedenfalls hab ich das so gemacht, weil es praktisch einfacher war xD.

Wie kommst du dadrauf das der Statisch ist? Der ist super dynamisch. Wenn du den Magneten zum S-Leiter drückst, drückt der s-Leiter zurück. Versucht man ihn wegzuziehen, zieht der s-Leiter auch.
Der Fehler besteht darin, dass das Feld eben nicht statisch ist.

[SprinterSB]

Wie fühlt es sich den an, wenn man den Magneten parallel zur Oberfläche bewegt, also den Abstand nicht ändert?

[Madgyver]

Genauso als würde jemand denn magneten von unten festhalten. Mann kann ihn ein bischen bewegen aber dann ist schhluß.

Es macht aber einen unterschied ob der magnet schon nahe beim Supraleiter_bevor oder_nachdem er Supraleitend geworden ist. Beim ersten, wird der magnet einfach bombenfest gehalten. Beim 2. bekommt man ihn nur mit ganz viel kraft drauf, ansonsten rutscht er einfach ab. Der Effekt ist bei ersterem am stärksten.

[SprinterSB]

Wenn der Durchmesser des Rohres immer grösser wird, wird der Effekt doch schwächer, oder?

Irgendwann müsste der Magnet doch anfangen zu fallen. Oder würde bei einem (der Einfachheit halber unendlich langen Rohr) der Durchmesser keine Rolle spielen?

[Madgyver]

das stimmt, ab einem kritischen radius ist die wirkung de MO so klein das die Gravitation in "besiegt".

Selbst wenn durch trudeln der magnet wieder näher an eine seite kommt, bezweifle ich das er gehalten wird. Der MO wird ihn einfach weggleiten lassen zur mitte wo er frei fallen kann. Ist das Rohr zu klein, gibt es diese Mitte nicht.

Trotzdem würde er sehr langsam fallen, wen der druchmesser jetzt nicht z.B. 10m ist ^^

[Manf]

Trotzdem würde er sehr langsam fallen, wen der druchmesser jetzt nicht z.B. 10m ist ^^
Wenn er nicht frei fallen würde, sondern langsam, dann würde ihm ja Energie entzogen. Er würde dann seine Lageenergie nicht in Bewegungsenergie umsetzen. Dies geschähe kontinuierlich pro Länge des homogenen Rohrs.
Wo bliebe die Energie?
Erwärmung des Rohrs?
verbleibende Magnetisierung?
doch keine Bremsung?
Manfred

[SprinterSB]

Das hatte ich mir auch schon überlegt.

Die Energie müsste in der Magnetisierung stecken, bzw, in den Kreisströmen.

Fällt der Magnet jedoch symmetrisch, würde ich erwarten, daß der zweite Pol genau den gleichen Effekt hat, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen (vorausgesetzt, es gibt keine nichtlinearen Effekte und die Kreisströme wandern nicht im S-Leiter umher).

Der zweite Pol müsste dann einen stromfreien Leiter zurücklassen (im Endeffekt also ein "Löschkopf" sein).

Energie würde im S-Leiter keine verbleiben...

[Lunarman]

Zum Thema, wo die Energie verbleibt - ich hatte das ganze MO Zeugs zwar noch nicht in Physik, aber kleb mal einen Magneten an eine Magnetwand. Er überindet die Gravitation - aber gibt nich wirklich Energie ab. Oder wird das Ganze plötzlich warm an der Magnetwand?
:EDIT:
Mal angenommen, ihr seid Bergsteiger und hängt da jetzt so an der Wand rum (bewegt euch aber nich). Was passiert? Ihr verwandelt euch nicht wirklich in eine Batterie, ihr leuchtet nicht und ihr werdet auch nicht heiß...

[Manf]

Wenn man dann als Bergsteiger nicht in der Wand hängt sondern neben der Wand runterfällt, dann nimmt man viel Energie auf und wird dabei schneller.
Man würde sich wundern wenn man nicht schneller würde, darum geht es.
Manfred

[Lunarman]

Äh ... ab ner bestimmten Geschwindigkeit wird man nicht mehr schneller!

[Manf]

Genau beim längeren Fall wegen des Luftwiderstands, oben wurde das beim Supraleiter mit Magnetismus begründet, das passt aber nicht ganz.
Ich wollte jetzt nur nicht den ganzen Thread wiederholen.
Manfred

[Madgyver]

Sie verbleibt eigentlich tatsächlich zum Teil im Supraleiter. Das kann man dadurch nachweisen, das dieser nach entfernen des Magneten ein Magnetfeld hat, welches durch Kreisströme erzeugt wird. das ist aber sehr klein.

[Manf]

Soll das heißen, dass ein homogenes supraleitendes Rohr einen magentischen Dipol in seinem Inneren im Gravitaionsfeld bremst und dabei eine Magnetisierung aufnimmt...
dann auch akkumulierend für jeden magnetischen Dipol der hindurchgeschickt wird?

Zur einfachen Anschauung radialsymmertrisch:
mit Aufbau des Magentfeldes und Bremsung in der einen Orientierung (Nordpol vorne) und mit Abbau des Magnetfeldes und Beschleunigung in der anderen Orientierung (Nordpol hinten)?

Wie wäre das zu erklären?
Manfred

[Madgyver]

Nein, nicht irgend ein Rohr. Ein S-leitendes Rohr, dessen Radius so groß ist das der Dipol in seinem Inneren einen Translationsbereich vorfindet, in dem der MO Effekt nicht stark genug ist in zu halten. Abbremsung kommt dann (vermutlich am stärksten) durch durch ein und austretten in die Bereich mir stärkerem MO Effekt, z.B. durch vibrieren.

Das Magnetfeld wird nicht nur abgebaut wenn der Dipol sich von der Stellen entfernt, es wird auch mit verkehrtem Vorzeichen wieder aufgebaut.

[Manf]

, dass ein homogenes supraleitendes Rohr einen magentischen Dipol in seinem Inneren im Gravitaionsfeld bremst
(Die elementare Erklärung wäre die für den radialsymmetrischen Fall. Das weitere kann darauf aufbauen.)

Es geht ja im einzelnen um den Verbleib von Energie pro Strecke

Manfred

[Madgyver]

Höh? Ne sorry, du drückst dich wie erwartet mal wieder etwas kompliziert aus, ich versteh grad die Fragestellung nicht ^^

[Manf]

Einfach noch einmal die Frage:

Wenn der fallende Manget im supraleitenden Rohr Energie abgibt?

Wo bleibt die Energie?

Feldaufbau?

Manfred

[Madgyver]

Experimentell weiß ich das ein Teil der Kreisströme im S-Leiter zurück bleiben, und dieser zu einem schwachen Magneten wird. Warum das so ist weiß ich nicht. Theoretisch müsste es ja komplett verschwinden.

[Manf]

Es ist wie gesagt für den vorliegenden Fall höchst unwahrscheinlich dass der Magnet gebremst wird und die gesamte Bremsenergie in den Feldaufbau gesteckt wird.

Im radialsymmetrischen Fall:
Ein Magnet mit senkrechter Achse im homogenen senkrechten Rohr kann nur ein radial symmetrisches Magnetfeld erzeugen.

Ein verbleibendes Feld könnte bei homogener Bewegung in Richtung der Achse allenfalls homogen sein.

Ein homogenes achsenparalleles Magnetfeld hat aber keine Wechselwirkung mit dem magnetischen Dipol.

Damit bleibt kein Feld.

Es bleibt für praktische Messungen die Möglichkeit eines zeitabhängigen Effektes wie das spätere Einschalten der Supraleitung nach Einbringen des Magneten oder eine unvollständige Supraleitung mit Abklingen der induzierten Ströme.
Manfred

[Madgyver]

Ja, wie gesagt, theoretisch hast du volkommen recht, das erklärt trotzdem nicht warum es_trotzdem_ein Feld gibt.

[Manf]

Der Ausgangspunkt ist ja die Bremsung eines Magneten in einem leitenden Rohr. Bei diesem Versuch geht die Energie in die Erwärmung des Rohrs.

Der nächste Schritt ist die Betrachtung eines supraleitenden Rohrs und die Frage, ob ein Magnet in diesem Rohr gebremst wird und wenn ja, wo die Energie dabei bleibt. Geht sie in eine Erwärmung des Leiters über oder wird durch sie ein Feld aufgebaut.

Wenn ein Feld aufgebaut würde dann würde es für jeden Magneten der hindurchgeht weiter aufgebaut.

Das ist übertragbar auf eine leitende Scheibe vor der eine magnetische Anordnung rotiert. Im Fall eines normalen Leiters ist es die Wirbelstrombremse bei der die induzierten Ströme in Wärme umgesetzt werden. Im Fall eines Supraleiters tritt keine Umsetzung in Wärme ein und es kommt auch nicht zu einem kontinuierlichen Feldaufbau.
Manfred

[Madgyver]

Dann muss das Restfeld irgendwie anders zustande kommen. Die Betrachtung des S-Leiter Rohres, hat ja schon soweit geführt, das man davon ausgehen kann, dass der Magnet komplett festgehalten wird. Aber wie ist es denn nun be größerem Durchmesser? gibt es da einen kritischen Radius ab dem der magnet einfach durchfalle würde, ohne einen Effekt zu erfahren?

[Manf]

gibt es da einen kritischen Radius ab dem der magnet einfach durchfalle würde, ohne einen Effekt zu erfahren?
Von dem Durchmesser, den es mit Sicherheit gibt, sollte man einmal ausgehen. Wenn die Vorstellung des großen Durchmessers schwierig ist kann man auch den Magneten etwas bis vollständig abschwächen.

Ausgehend von dieser Konfiguration des freien Falls kann man den Magneten kontinuierlich stärken und den Durchmesser des homogenen Rohrs kontinuierlich verringern.

Wenn dann der Effekt der Abbremsung im homogenen supraleitenden Rohr auftritt, dann ist die Frage zu stellen wo die Energie bleibt.
Manfred

[Manf]

Ich habe mir noch ein paar Berichte über Supraleiter und Magnetlager herausgesucht aus denen sich dann folgende Erklärung ergibt:

So wie mit einer Kupferanordnung (häufig eine Scheibe hier eben ein Rohr) und Magneten eine Wirbelstrombremse aufgebaut wird, so wird praktisch durch Ersetzen des Kupfers durch Supraleiter ein extrem reibungsarmes Magnetlager aufgebaut.

Es gibt drüber hinaus noch die Technik des "flux pinning" mit dem man durch Einbau von Störstellen in den Supraleiter eine Struktur (Führung) in das Magnetlager einbringen kann. Eine Verteilung der Störstellen über den ganzen Bereich des Supraleiters führt zu einer Aufhebung der Funktion des reibungsarmen Lagers. Es bleibt dann nur noch das Abstandhalten durch supraleitende Inseln bei einer Blockierung der Querbewegung.

Damit kommen die Erfahrungen und Betrachtungen hoffentlich besser zusammen.
Manfred

[SprinterSB]

Damit müsste es einen Unterschied geben, ob man einen Supraleiter 1. oder 2. Ordung hat.

Bei einem S-Leiter 2. Ordnung wandern die s-leitenden Bereiche (Fluß-Schläuche) und das braucht Energie, bei einem S-Leiter 1. Ordnung hingegen nicht.

[Manf]

Hier ist einiges davon beschrieben. Den ersten Artikel kann man ganz gut lesen (naja). Die zwei anderen sind vielleicht etwas gleichungs-lastig vermitteln aber auch Stichwörter für eine weitere Suche. Dann noch einige Bilder zum Magnetlager.
Manfred

Comic:
http://physik.uni-tuebingen.de/Drehbuch.html

Gleichungen:
http://www.kryo03.uni-tuebingen.de/PIT-II/teaching/ExPhys-V_WS03-04/ExP-V(3)-Kap6-Supraleitung3-4.pdf
http://www.ifw-dresden.de/iff/org/studentsInfo/Hauptseminar2005/2_GLT_AHerklotz.pdf

Magnetlager:
http://www.iem.ing.tu-bs.de/paper/2004/hompa_04.htm

[SprinterSB]

In dem ersten Link "Drehbuch" gibt es ein s-leitendes "Icemobil", das über einer Straße aus Megneten schwebt, aber nicht über ihr festklebt. Das ist doch genau sowas.