[Magnetisme]Waarom trekt een magneet metaal aan?

[Math-E-Mad-X]

Ik schaam me eigenlijk dat ik als vijfdejaars student deze vraag moet stellen. Ik heb het ongetwijfeld ooit geleerd maar ben het vergeten.

Het probleem is dat magnetische velden geen arbeid verichten. Maar als ik een spijker bij een magneet houd wordt hij duidelijk aangetrokken. De magneet moet dus op één of andere manier een elektrische kracht veroorzaken. Ik denk hier al een hele tijd over na, maar kan absoluut niet bedenken hoe.

Ik heb al op google, wikipedia en dit forum gezocht en zelfs in mijn studieboeken kan ik het antwoord zo gauw niet vinden.

[Benm]

Een metalen voorwerp dat zich op enige afstand van een magneet bevindt heeft potentiele energie (t.o.v. die magneet). Die energie laat zich omzetten in kinetische op het moment dat je de spijker loslaat, en in thermische op het moment dat de spijker tegen de magneet tot stilstand komt. Helemaal analoog aan het laten vallen van een appel uit een boom

[eendavid]

inderdaad. Het gaat om het scalair product tussen B en het magnetisch dipoolmoment . (latex doet het blijkbaar niet?).

[Phys]

(latex doet het blijkbaar niet?).

Zie helemaal bovenaan de pagina

[Math-E-Mad-X]

Een metalen voorwerp dat zich op enige afstand van een magneet bevindt heeft potentiele energie (t.o.v. die magneet). Die energie laat zich omzetten in kinetische op het moment dat je de spijker loslaat, en in thermische op het moment dat de spijker tegen de magneet tot stilstand komt. Helemaal analoog aan het laten vallen van een appel uit een boom

Hiermee leg je helemaal niets uit, je herhaalt gewoon wat ik zelf al zei ("als ik een spijker bij een magneet houd wordt hij duidelijk aangetrokken") maar dan met andere woorden.

Mijn vraag is: hoe ontstaat er een elektrische kracht tussen de spijker en de magneet.

[Math-E-Mad-X]

inderdaad. Het gaat om het scalair product tussen B en het magnetisch dipoolmoment .  (latex doet het blijkbaar niet?).

Zou je dit misschien iets verder kunnen toelichten?

[eendavid]

ik heb het hier over. Een moment zorgt ervoor dat er energie nodig is om het magnetisch dipoolmoment tegen het veld in te roteren, of dat er energie kan gewonnen worden door het met het veld mee te draaien. Ik veronderstel dat je dat wel weet ( ), maar dat de verwarring als volgt ontstaat. Je kijkt naar een elektron en zegt: het magneetveld kan dit elektron geen energie geven. Dit is correct: het elektron zelf behoud bij deze rotatie zijn kinetisch energie. Vandaar de verwarring.

Merk op dat in ferromagneten de elektronen reeds kringetjes beschrijven. Magnetische velden in de buurt brengen zorgt er dan voor dat dit energetisch gunstig of ongunstig is. hierdoor krijg je afstoot-effecten (weg van het B-veld want dat is energetisch gunstig) of aantrekkingseffecten (naar het B-veld want dit is energetisch gunstig) Slechts bij zeer hoge velden zullen de kringstromen worden omgeflapt.

[Math-E-Mad-X]

Ja dat van dat magnetisch dipoolmoment wist ik wel. Ik snap dat een magnetisch veld er voor kan zorgen dat de dipoolmomenten van de elektronen kan roteren en dat daarbij geen arbeid verricht wordt.

Maar dat verklaart voor mij nog steeds niet waarom die spijker aangetrokken wordt. Ik zou zeggen dat dat energetische voordeel waar jij het over hebt behaald kan worden puur door de dipoolmomenten in de juiste richting te draaien.

Dat er ook een energetisch voordeel behaald kan worden door de spijker aan te trekken geloof ik best, want anders zou die spijker uberhaupt niet aangetrokken worden.

Maar welke kracht is hiervoor verantwoordelijk en hoe ontstaat deze kracht???

Een magnetische kracht kan niet, want die verricht geen arbeid. Een Lorentzkracht kan ook niet want de spijker wordt aangetrokken in de richting van het magnetische veld en de Lorentzkracht staat juist altijd loodrecht op het magnetische veld. Dus ik neem aan dat er op één of andere manier indirect een elektrisch veld veroorzaakt wordt door bepaalde verplaatsingen van lading.

Ik zie alleen nog niet voor me hoe dit zou kunnen.

[Jan van de Velde]

Een magnetische kracht kan niet, want die verricht geen arbeid.

Hoe kom je op dat idee?? [rr] Waarom kan een coulombkracht dat dan wel, of een zwaartekracht?

[eendavid]

Maar dat verklaart voor mij nog steeds niet waarom die spijker aangetrokken wordt. Ik zou zeggen dat dat energetische voordeel waar jij het over hebt behaald kan worden puur door de dipoolmomenten in de juiste richting te draaien.

Dit werd reeds uitgelegd:

"Merk op dat in ferromagneten de elektronen reeds kringetjes beschrijven. Magnetische velden in de buurt brengen zorgt er dan voor dat dit energetisch gunstig of ongunstig is. hierdoor krijg je afstoot-effecten (weg van het B-veld want dat is energetisch gunstig) of aantrekkingseffecten (naar het B-veld want dit is energetisch gunstig) Slechts bij zeer hoge velden zullen de kringstromen worden omgeflapt." In dat laatste geval ontstaat steeds een aantrekkende kracht, want hoe hoger het B veld, hoe gunstiger. er ontstaat dus een kracht door een gradient in het B-veld

Ook 2 stroomvoerende draden trekken mekaar aan of stoten af... (dat is dan wéér een ander mechanisme op microscopisch niveau) Nogmaals, je verwart tussen energie geven aan 1 elektron en energie geven aan een macroscopisch materiaal met soms zeer ingewikkelde constitutieve vergelijkingen, dat bijvoorbeeld gebruik kan maken van een potentiële energie die los staat van enige kinetische energie van het elektron.

Uiteraard is er geen onderscheid tussen een elektrisch veld en een magnetisch (ze mengen immers op bij lorentztransformaties), dus zeggen dat het een elektrisch veld is dat dit doet is natuurlijk equivalent met zeggen dat het een magnetisch veld is dat dit doet.

(edit gedaan ivm de stroomvoerende draden)

[einstone]

Een magnetische kracht kan niet, want die verricht geen arbeid.

Hoe kom je op dat idee?? [rr] Waarom kan een coulombkracht dat dan wel, of een zwaartekracht?

De magnetische kracht staat loodrecht op de voortplantingsrichting van het deeltje én het magnetisch veld zelf, en levert bijgevolg geen arbeid...

[Jan van de Velde]

@Einstone: verwar je hierbij ook niet het microscopische en het macroscopische?

Als een magneet een spijker aantrekt en dus verplaatst zie ik niet in welke kracht anders dan de magnetische kracht die arbeid verricht zou moeten hebben.

[einstone]

Dit is fundamentele elektrodynamica: magnetische krachten verrichten geen arbeid. hierop bestaat geen enkele uitzondering.

[Jan van de Velde]

Welke kracht verplaatst dan wel mijn spijker?

[Math-E-Mad-X]

Welke kracht verplaatst dan wel mijn spijker?

Ja dat is dus precies waar dit hele topic nou juist over gaat!

(even terzijde: ik had het in mijn vorige post over magnetische kracht en over lorentzkracht, en ik bedacht me pas later dat deze twee hetzelfde zijn. [rr] )