Val van een magneet door een koperen buis

[jkien]

Ik begrijp niet precies in welke mate de val van een magneet wordt afgeremd in een verticale koperen buis, als je veronderstelt dat die weerstandsloos is. Het wordt gewoonlijk uitgelegd met de wet van Lenz: twee kringstromen in het koper oefenen een opwaartse kracht uit op de magneet. (link) Maar het gaat mij hier om het effect van de derde wet van Newton. Volgens die wet oefent de magneet onvermijdelijk een neerwaartse kracht uit op de elektronen van de kringstroom. Stel dat het koper weerstandsloos is, dan zouden die elektronen een neerwaartse snelheid krijgen en niet meer afgeremd worden. Als je de onderkant- en bovenkant van de koperen pijp elektrisch met elkaar verbindt door een weerstandsloze koperdraad, voorkomt dat ophoping van elektronen. De magneet zou op die manier niet of nauwelijks afgeremd worden, maar wel de elektronen in zijn val meesleuren.

[Marco Maxwell]

Het lijkt er toch op dat het oude misverstand je hier weer parten speelt. We noemen het stroom maar de elektronen stromen niet!

[Marco Maxwell]

Heel verhelderend is
Understanding Electricity and Circuits: What the Text Books Don't Tell You
(Uni van Sydney)

[Xilvo]

Een eerste experiment zou kunnen zijn een voltmeter (liefst analoog) aansluiten tussen onder- en bovenkant van de buis en dan de magneet laten vallen.

[jkien]

Dat is een leuk idee. Ik heb het geprobeerd met een koperen pijp met een diameter van 10 mm, en een magneet met een diameter van 9 mm, maar de spanning tussen de uiteinden blijkt onmeetbaar klein, d.w.z. kleiner dan 0,1 mV (gemeten met een digitale voltmeter).

Maar welke spanning zou je theoretisch zou verwachten? Destijds met de zogenaamde muntenverschrompelaar leverde een simpele theoretische benadering een verrassend eenvoudige formule op, ik hoopte hier bij het magnetisch remmen op iets dergelijks, maar dat wil niet lukken.

[Xilvo]

Dat is een leuk idee. Ik heb het geprobeerd met een koperen pijp met een diameter van 10 mm, en een magneet met een diameter van 9 mm, maar de spanning tussen de uiteinden blijkt onmeetbaar klein, d.w.z. kleiner dan 0,1 mV (gemeten met een digitale voltmeter).

Heb je geen analoge? Een uitslag van een wijzer is makkelijker te zien dan een verandering op een display dat maar periodiek ververst wordt.

[jkien]

Ik heb geen analoge voltmeter. Maar de val door de 25 cm lange pijp duurt 5 seconden, dat is lang genoeg voor de digitale voltmeter om te reageren.

[Xilvo]

Dat zou lang genoeg moeten zijn.

Ik zie vooralsnog niet hoe elektronen naar beneden geduwd zouden kunnen worden.
Maar ik begrijp de vraag. Ik heb nog geen oplossing.

Als elektronen werkelijk naar beneden geduwd zouden worden, zou je dan niet verwachten dat de lengte van de buis invloed zou hebben op de valsnelheid?

Bovendien wordt de magneet niet afgeremd door een elektrisch veld maar door het geïnduceerde magneetveld.

[HansH]

als elektronen naar beneden geduwd worden dan gaat positieve lading naar boven en ontstaat er toch gewoon een spanningsverschil waardoor precies de tegenovergestelde kracht op de elektronen ontstaat dus weer evenwicht waardoor de elektronen weer stil komen te staan?

[HansH]

Bovendien wordt de magneet niet afgeremd door een elektrisch veld maar door het geïnduceerde magneetveld.

Maar het geinduceerde magneetveld levert uiteindelijk toch een kracht op verplaatsende lading en die kracht kan lijkt mij niet anders gecompenseerd worden dan door elektrische afstoting.

[jkien]

als elektronen naar beneden geduwd worden dan gaat positieve lading naar boven en ontstaat er toch gewoon een spanningsverschil waardoor precies de tegenovergestelde kracht op de elektronen ontstaat dus weer evenwicht waardoor de elektronen weer stil komen te staan?

Dat zou betekenen dat de ophoping van elektronen en de remwerking zou verdwijnen als de onder- en bovenkant van de koperen pijp elektrisch met elkaar verbonden worden door een weerstandsloze koperdraad.

[Jan van de Velde]

Ik zie vooralsnog niet hoe elektronen naar beneden geduwd zouden kunnen worden.

lorentzkracht.
Valt de magneet met de noordpool naar beneden, dan loopt er rondom door een buissegment kort onder de magneet een inductiestroom tegen de klok in (alles van boven gezien).
met die stroom, en een naar buiten gericht magneetveld van de magneetdoor de koperen wand heen, worden bewegende elektronen door de lorentzkracht inderdaad naar beneden geduwd.

[Jan van de Velde]

als elektronen naar beneden geduwd worden dan gaat positieve lading naar boven en ontstaat er toch gewoon een spanningsverschil waardoor precies de tegenovergestelde kracht op de elektronen ontstaat dus weer evenwicht waardoor de elektronen weer stil komen te staan?

Dat zou betekenen dat de ophoping van elektronen en de remwerking zou verdwijnen als de onder- en bovenkant van de koperen pijp elektrisch met elkaar verbonden worden door een weerstandsloze koperdraad.

ik denk het niet. De remwerking ontstaat door een horizontale circulaire stroom in de pijp. Als die lichtjes naar beneden gaat spiraliseren omdat er ook elektronen buitenom terug naar boven kunnen stromen zou dat een minder remmend effect kunnen hebben. Maar verdwijnen?
Zou je eens kunnen testen door een batterij aan te sluiten tussen boven- en onderkant van de pijp?

[HansH]

ik denk dat dat ook al gebeurt omdat aan de binnenkant van de buis verticaal meer spanning gegenereerd wordt dan aan de buitenkant omdat het B veld van binnenuit komt. Dus waarschijnlijk zul je vrijwel geen spanning meten en zal er wel een circulerende stroom lopen niet alleen horizontaal om de magnetische kracht te leveren, maar ook vertikaal omhoog en dan naar de buitenkant van de cylinder om de elektrische kracht te leveren om de horizontaal circulerende kringstroom op zijn plek te houden. Wel gek trouwens dat ik daar nooit iet over gelezen heb in de boekjes. (maar misschien niet goed gekeken)

[Xilvo]

lorentzkracht.

Klopt. Maar kan dat dan ook (deels) verantwoordelijk zijn voor het remmen?