Hallo @DrStupid
Doch, von den Permanentmagneten. Schau dir bitte folgendes Video ab Sekunde 40 an.
Welche Energie entsteht da?
https://www.youtube.com/watch?v=cA7FBUMfxoc&t=72s
Du kennst leider mein Projekt nicht, ich bitte dich daher dir mehr Kontext zu erlesen.
Eine sehr gute Frage, aber darum kümmere ich mich erst, wenn das Teil steht und überhaupt funktioniert.
Moin,
Eine gute Erklärung findest du dort: https://www.supermagnete.de/Magnetanwendungen/Abschussrampe
Eine Kugel, die in eine Vertiefung rollt, wird von deren tiefsten Punkt angezogen. Man nennt die Vertiefung auch eine „Potentialmulde“. Diesen Begriff können wir auch zur Erklärung der magnetischen Abschussrampe verwenden.
Für mich aber nicht, da ohne vorher eingebrachte kinetische Energie nichts geschieht. was einer zusätzlichen Freisetzung von Energie entspräche.
-Luno
Und wo genau in deiner Erklärung steht etwas von Energie? Lies dir den Artikel bitte noch etwas genauer durch, bis du auf folgendes stößt:
„bis ihre Geschwindigkeitsenergie“…
Für die vorher eingebrachte Energie sorge ich, in dem ich den Rotor fallen lasse und die Schwerkraft nutze. Und nun, ändert das deine Meinung?
Es wird Zeit, dass Du von Deinem hohen Ross herunter steigst und darauf hörst, was Dir hier immer wieder erklärt wird: Die Permanentmagneten ziehen den Rotor in ein Potentialminium. Im Idealfall könnte er dort maximal mit der kinetischen Energie wieder raus kommen, mit der er am Anfang gestartet ist. Die zwischendurch gewonnene kinetische Energie verliert er dabei wieder ans elektromagnetische Feld. In der Realität gibt es aber immer Verluste. Deshalb würde er in der Potentialmulde hängen bleiben und dabei die komplette kinetische Energie in Form von Wärme verlieren.
Du versuchst den Rotor mit einem Elektromagneten aus der Mulde heraus zu ziehen, bevor er von den Permanentmagneten gestoppt und zurück gezogen wird. Um dabei am Ende wieder die gleiche Geschwindigkeit zu erreichen, wie am Anfang, musst Du genau die Energie in den Rotor stecken, die während des Prozesses als Wärme frei geworden ist. Wenn er sogar schneller werden soll, dann muss auch diese zusätzliche Energie komplett vom Elektromagneten geliefert werden. Von den Permantmagneten kommt dabei nichts. Die holen sich bei einer vollen Umdrehung alles wieder zurück, was sie zwichendurch reinstecken.
Moin,
Ich zitiere aus meinem Link:
Durch die „Stoppmagnete“ am Ende der Rampe wird die gesamte Potentialmulde unsymmetrisch deformiert. Der tiefste Punkt der Mulde befindet sich nun zwischen den Stoppmagneten. Die Kugel fällt in diesen Punkt, das heißt, sie pendelt in der „Endmulde“ hin und her, bis ihre Geschwindigkeitsenergie infolge der Reibung in Wärme verwandelt ist. Das Pendeln ist im Video gut als Surren hörbar.
Wir reden hier also über die kinetische Energie, die beim Lauf in die Potentialmulde entsteht und am Ende wieder verzehrt wird „Die Kugel fällt in diesen Punkt, das heißt, sie pendelt in der „Endmulde“ hin und her,“.
-Luno
Ich meine das wie folgt: Wenn du eine Kugel 10m vor der Kuhle mit 1,00m/s in Richtung Kuhle losschickst, wird sie irgendwann immer schneller, wird mit hoher Geschwindigkeit durch den tiefsten Punkt rollen, dann aber bergauf immer langsamer werden. 10m hinter der Kuhle hat sie wieder exakt die 1,00m/s, mit der du sie losgeschickt hast. Die Energie, die sie bis zum tiefsten Punkt gewonnen hat, hat sie bis zum Schluss zu 100% wieder verloren.
Und in der Realität verliert sie durch Reibung noch mehr Energie, daher wird sie 10m hinter der Kuhle weniger als 1,00m/s haben, oder ggf. gar nicht ankommen.
Und ob in deinem Stator jetzt Eisen oder auch Magnete sind, spielt diesbezüglich keine Rolle.
Verstehe. Ich möchte euch zum Abschluss eine Frage stellen:
Wie Luno bereits schön erklärt hat:
Das passiert, weil es diese Stoppmagnete gibt. Diese Stoppmagnete verzehren 100% der kinetischen Energie. In meinem Fall sind diese Stoppmagnete durch meine Elektromagnete ersetzt und verschoben. Gehen wir also davon aus, dass die kinetische Energie nur noch zu 80% verzehrt wird, weil es diese Stoppmagnete so nicht mehr gibt. Es gibt diese 100% nicht mehr, aufgrund der Elektromagnete. Es bleiben also 20% kinetische Energie übrig. Was passiert mit diesen 20%? Es gibt nichts mehr, was diese verzehren könnten. All das ist schon geschehen, es bleibt ein Rest übrig.
Ihr wollt mir aber die ganze Zeit schon erklären, dass es egal ist, ob Stoppmagnete oder Elektromagnete, es ist egal ob ich Energie aufwende um den Klebepunkt zu überwinden. Es werden so oder so am Ende 100% kinetische Energie verzehrt? Verstehe ich das richtig? Ist das wirklich physikalisch korrekt?
Das gleich hier. Diese 10m bergauf wären also die Stoppmagnete. Nun sind es aber keine 10m sondern nur 8m und trotzdem verliere ich 100% Energie? Das leuchtet mir nicht ein.
Moin,
Jetzt hast du aber eine asymmetrische Mulde, da wird die Kugel heraus rollen. Aber du musst sie wieder auf die Höhe vom 10 Metern bringen.
-Luno
Genau darum geht es doch, die Kugel soll doch raus rollen. Das ist das Ziel. Wenn 100% Verzehrung die 10m sind, dann sind 80% Verzehrung 8m.
Nochmal anders: Du wirfst vom Dach eines Hochhauses eine Kugel in ein Fallrohr. Die Kugel wird darin natürlich immer schneller, im Erdgeschoss wird sie in den Aufzug umgeleitet, wo sie auf einer kreisförmigen Bahn so lange mit konstanter, hoher Geschwindigkeit laufen kann, bis der Aufzug auf dem Dach ankommt. Die Kugel ist jetzt wieder auf der gleichen Höhe, wie am Anfang, aber viel schneller. Der Aufzug hat halt zusätzliche Energie hinzugefügt.
Du sagst, dass du den Aufzug doch einfach abgeschaltet hast, als die Kugel unten rein ist. Mag sein, aber dieser Aufzug hat ein großes Gegengewicht, so dass du anfangs Energie rein stecken musstest, um die Aufzugkabine ins Erdgeschoss zu bekommen. Nach dem Abschalten kam die Kabine (mit Kugel) von ganz allein hoch.
Beim Einschalten der E-Magneten steckst du Energie in den Aufbau des magnetischen Feldes. Die bekommst du beim Ausschalten in deinem Aufbau nicht zurück, aber sie ermöglicht es, den Rotor von den Permanentmagneten weg zu ziehen. (Eigentlich ist es noch komplizierter: Wenn Eisen in die Nähe eines eingeschalteten E-Magneten kommt, ändert das die Induktivität, und dann fließen nochmal Ströme nach.)
So, jetzt hab ich gesagt, dass da Enegie im Magnetfeld steckt. Das ist völlig richtig, sie steckt auch im Feld eines Permanentmagneten. Aber: beim Permanentmagneten kannst du sie dir nur ausborgen, wenn du dich ihm näherst, musst sie aber zu 100% zurück geben, wenn du dich wieder entfernst. Da du das Magnetfeld eines E-Magneten aber ein- und ausschalten kannst, kannst du damit dauerhaft Energie übertragen. Das ist das Prinzip eines Elektromotors.
Auch auf die Gefahr hin, mich zu wiederholen: Wenn am Ende kinetische Energie übrig bleibt, dann stammt sie aus dem Elektromagnet bzw. seiner Stromquelle.
Ich verstehe dein Beispiel leider nicht zu 100%, lass uns mal bitte meine Bahn dafür nehmen und mit fiktiven Werten arbeiten.
Ich habe hier also meine Bahn. In dieser Bahn befinden sich keine Permanentmagnete. Lege ich nun die Kugel an den Startpunkt und schalte die Elektromagnete an, was passiert dann? Richtig, nichts.
Denn die Entfernung zwischen Kugel und Elektromagnete ist viel zu groß. Wie du siehst, funktioniert mein Motor ohne Permanentmagnete nicht. Die Permanentmagnete haben also die Funktion, die Kugel zu den Elektromagneten zu befördern.
Nun setze ich also die Permanentmagnete ein. Die kinetische Energie zwischen Startmagnet und Endmagnet liegt bei 90% und zwischen den Elektromagneten 10%. Die gesamte Bahn entspricht dementsprechend 100%. Nun hast du gesagt, dass die Energie der Permanentmagnete nur ausgeborgt ist, die 90% werden also ignoriert und haben keinen weiteren Einfluss. Entscheidend sind also nur die 10% der Elektromagnete. Ich habe in den Raum geworfen, dass statt 100% nur noch 80% kinetische Energie verzehrt wird, aufgrund der Elektromagnete. Nehme ich nun also 80% von den 10% weg, bleiben nur 2% Überschuss übrig. Die 2% kinetische Energie, die ich nun als Überschuss habe, entsprechen der Energie der Elektromagnete. Das ist mein Gewinn. Habe ich das richtig verstanden?
Nun möchte ich von euch wissen, wo die ausgeborgte Energie von den Permanentmagneten hin ist.
Wann und Wo wird diese Energie zurückgegeben? Wann und Wo passiert das auf der Bahn? Und wer gibt diese Energie zurück?
Geben wir der Bahn mal konkrete aber fiktive Werte.
Die Kugel rollt mit einer Geschwindigkeit von 1,2m/s von Punkt 1 bis Punkt 3, das entspricht die 100%.
Von Punkt 1 bis Punkt 2 rollt die Kugel mit einer Geschwindigkeit von 1,08m/s, das entspricht die 90% der Permanentmagnete. Dieser Wert wird ignoriert und hat keinen weiteren Einfluss,
Von Punkt 2 bis Punkt 3 rollt die Kugel 0,12m/s, das entspricht die 10% der Elektromagnete. Von diesen 0,12m/s ziehe nun 80% Verzehrung ab. Das sind dann 0,024m/s und ist das Endergebnis.
Fazit: Die Kugel ist mit 0 m/s gestartet und rollt nach dem Ende der Bahn mit einer Geschwindigkeit von 0,024m/s weiter. Korrekt?
Das würde bedeuten, Dein Motor hat einen Wirkungsgrad von 20 %. Ich hoffe, für Dich ist der Weg das Ziel, denn so ein erbärmliches Resultat wäre den ganzen Aufwand nicht wert.
Okay, ein weiteres Beispiel:
Ich ersetze die Elektromagnete mit einem manuellen Schalter. Dieser Schalter erweitert die Bahn um 2 Magnete und hat den selben Effekt wie die Elektromagnete. Ich lasse die Kugel also rollen und genau im richtigen Moment ziehe ich am Schalter, sodass die Kugel weiter rollt.
Nun meine Frage: Rollt die Kugel überhaupt weiter? Und wenn ja, warum? Aufgrund welcher Energie rollt die Kugel weiter? Woher kommt diese Energie? Ich verstehe es nicht, klärt mich bitte auf.
Das hängt davon ab, was das Ziehen am Schalter bewirkt. Wenn Du die Magnete beispielsweise nach unten weg ziehst, dann kann die Kugel eventuell weiter rollen.
Es wirkt eine Kraft zwischen der Kugel und den Magneten. Diese Kraft musst Du überwinden, um die Magnete von der Kugel weg zu ziehen. Wenn eine Kraft entlang eines Weges wirkt, dann wird Arbeit verrichtet. Diese Arbeit erhöht die Energie des Systems. Ganz konkret wird hier die potentielle Energie der Kugel erhöht.
Die Anziehungskraft, wenn ich also den Magneten von der Kugel wegziehe, dann ist das so, also würde ich an einer Feder ziehen, nur dass die Feder in dem Fall immer schwächer wird. Und das ziehen an der Feder ist die potentielle Energie? Und nur durch die Rotationenergie der Kugel und der potentiellen Energie, die beim Wegziehen der Magnete entsteht, rollt die Kugel weiter? Verstehe ich das richtig?
Mir ist aber immernoch nicht klar, was mit der kinetischen Energie zwischen Start und Endmagnet passiert? Wenn ich von Magnet 1 bis Magnet 20 eine Geschwindigkeit von 1m/s habe, wohin verschwindet diese Geschwindigkeit? Das verstehe ich nicht. Diese Geschwindigkeit kann sich doch nicht in Luft auflösen.
Das Wegziehen der Magnete erhöht nur die potentielle Energie. Die kinetische Energie ändert sich dabei erst einmal nicht. Aber weil die Kugel beim Herausrollen aus der jetzt flacheren Potentialmulde weniger kinetische Energie verliert, bleibt am Ende mehr davon übrig.
Du machst anscheinend immer den Fehler, nur an die kinetische Energie zu denken. Die Kugel hat aber auch potentielle Energie. Solange von außen keine Energie zugeführt wird und auch nichts als Wärme verloren geht, bleibt die Summe gleich. Wenn die Kugel in die von den Magneten gebildete Potentialmulde hinein roll, verringert sich ihre potentielle Energie und die kinetische Energie erhöht sich entsprechend. Wenn sie wieder aus der Mulde heraus roll, dann ist es umgekehrt. Im Idealfall ist sie danach wieder genauso schnell wie vorher.
Wenn die Kugel zwischendurch so wiel Energie verliert, dass sie es nicht mehr aus der Mulde schaft, dann rollte sie zurück und pendelt so lange um das Potentialminimum, bis die gesamte kinetische Energie in Wärme umgewandelt wurde.
Durch das Wegziehen von Magneten bzw. das Ausschalten von Elektromagneten wird das Ende der Potentialmulde angehoben. Wenn das passiert, während die Kugel dort vorbei kommt, dann muss sie weniger kinetische Energie opfern, um wieder heraus zu rollen. Aber das gibt es nicht umsonst. Die Energiedifferenz muss von außen zugeführt werden.
Die Potentialmulde wird von den Elektromagneten angehoben und die Energie die ich dafür einsetze beträgt z.B. 60%. Die Kugel muss nun 60% weniger kinetische Energie opfern, um wieder heraus zu rollen. Sie opfert also nur 40% seiner Energie. Die 60% die sie dann für das weiterrollen hat, entspricht die eingesetzte Energie der Elektromagnete. Ich mache also keinen Gewinn. Ist das richtig?
Ja, das ist der Idealfall. In der Realität gibt es natürlich noch diverse Verluste durch Reibung usw.
