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Wasser und Magnetfeld
 
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Zerdenker



Anmeldungsdatum: 05.08.2020
Beiträge: 77

Beitrag Zerdenker Verfasst am: 27. Mai 2021 16:14    Titel: Wasser und Magnetfeld Antworten mit Zitat

Hallo Liebe Physiker-Community,

ich habe mal eine Frage bzgl. der Wirkung von Magnetfeldern auf Wasser.

Aufgrund der im Wasser enthaltenen Ionen müsste Wasser ja ein positives elektrisches Potential haben und demnach mit einem Elektromagnetischem Feld wechselwirken. Ich habe dazu auch Videos gesehen indem ein Wasserstrahl mithilfe eines statisch geladenen Kunststoffstabs abgelenkt wird (https://www.youtube.com/watch?v=OI4YxgHlfco).

Ist es möglich das man ein Magnetfeld mithilfe einer Spulenanordnung so auslegt, das ein quasi unsichtbarer Behälter entsteht indem Wasser in einem schwebenden Zustand gehalten wird?
Welche Faktoren sind dort relevant? Ich Stelle mir hier ein Kräftegleichgewicht vor, bestehend aus der Gewichtskraft des Wassers und z.B. der Lorenzkraft welches das Wasser aufgrund des Magnetfelds erfährt. Nur ist es ja so das die Ionen mit dem Magnetfeld wechselwirken, würde somit langfristig also das Wasser und die Ionen getrennt werden?

Vielleicht hat ja jemand eine Idee dazu.
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 27. Mai 2021 16:43    Titel: Antworten mit Zitat

Der Wasserstrahl wird aber nicht durch darin enthaltene Ionen abgelenkt, sondern wegen der polaren Wassermoleküle, die im inhomogenen elektrostatischen Feld eine Anziehung erfahren.

Mit Magnetismus hat das nichts zu tun.

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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
Zerdenker



Anmeldungsdatum: 05.08.2020
Beiträge: 77

Beitrag Zerdenker Verfasst am: 27. Mai 2021 16:55    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für Deinen Beitrag schnudl,
heißt das denn dann auch, dass in einem Magnetfeld keine Auslenkung des Wasserstrahls zu beobachten wäre?

Dann würde würde mich interessieren ob dieser unsichtbare Behälter in Form von elektrostatischen Feldern denkbar wäre.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3775

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Mai 2021 17:05    Titel: Re: Wasser und Magnetfeld Antworten mit Zitat

Zerdenker hat Folgendes geschrieben:
Ist es möglich das man ein Magnetfeld mithilfe einer Spulenanordnung so auslegt, das ein quasi unsichtbarer Behälter entsteht indem Wasser in einem schwebenden Zustand gehalten wird?


Ja, man kann Wasser in Magnetfeldern schweben lassen (diamagnetische Levitation).

Zerdenker hat Folgendes geschrieben:
Ich Stelle mir hier ein Kräftegleichgewicht vor, bestehend aus der Gewichtskraft des Wassers und z.B. der Lorenzkraft welches das Wasser aufgrund des Magnetfelds erfährt.


Die Lorentzkraft wirkt auf Ladungen, die sich im Magnetfeld bewegen. Also selbst wenn das Wasser elektrisch geladen ist, müsste es sich ständig bewegen, damit das funktioniert.

Zerdenker hat Folgendes geschrieben:
Nur ist es ja so das die Ionen mit dem Magnetfeld wechselwirken, würde somit langfristig also das Wasser und die Ionen getrennt werden?


Darauf basiert ein magnetohydrodynamischer Generator. Der wird zwar üblicherweise mit einem Plasmastrahl betrieben, aber prinzipiell geht das auch mit einem Wasserstrahl, in dem Ionen gelöst sind.
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 27. Mai 2021 17:08    Titel: Antworten mit Zitat

Wasser ist leicht diamagnetisch. Diagmagnetische Materialen kann man durch Magnetfelder stabil schweben lassen. Die dazu erforderlichen magnetischen Feldstärken für Wasser sind aber weitab von jenen Feldern, die man technisch noch ohne großen Aufwand erzeugen kann und liegen bei einigen 10 Tesla.

https://www.ru.nl/publish/pages/682806/frog-ejp_1.pdf

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Zerdenker



Anmeldungsdatum: 05.08.2020
Beiträge: 77

Beitrag Zerdenker Verfasst am: 28. Mai 2021 15:29    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank Dr.Stupid und Schnudl für Eure Bemühungen.

Auf Basis eurer Äußerungen würde ich ein Magnetfeld also aufgrund der zu Hohen benötigten Feldstärke ausschließen.
Dennoch würde mich weiterhin interessieren ob es nicht eine andere Möglichkeit gibt, im Bezug auf das gezeigte Experiment scheint es ja durchaus mit einfachen Mitteln möglich zu sein Wasser abzulenken. Zwischen Ablenken und in der Schwebe halten kann doch nicht eine unüberwindbare Begrenzung liegen.

Ich Stelle mir nun ein Versuchsaufbau vor (s. Anhang) in diesem Versuchsaufbau befindet sich eine negativ geladene Platte am Boden des Gefäßes, die Wandung des Gefäßes wird vom Boden Isoliert mit einem Strom durchflossen. Fülle ich Wasser in das Gefäß müsste es ja die Elektronen transportieren und demnach ebenfalls elektrisch negativ geladen sein.

Wenn diese Annahmen soweit stimmen dann müssten sich diese Ladungen ja abstoßen gemäß des Coulomb-Gesetzes und ich müsste die Vorherrschenden Kräfte (Reibungsfrei) wie folgt bilanzieren können:







stimmt das soweit?

Nun stellt sich mir zur Berechnung konkreter Werte die Frage, wie ich q1 und q2 bestimmen kann. Die untere Platte im Behälter könnte man sicherlich als Kondensator annehmen wodurch hier die Beziehung:



ein Ergebnis liefert.
Aber wie ist es mit dem Stromdurchflossenen Wasser? Wenn ich die Beziehung:

nutze, dann wundert mich die Zeit Abhängigkeit meiner Gleichung, denn wenn ein Konstanter Strom durch das Wasser fließt müsste die Ladung welche sich je Zeiteinheit im Wasser befindet auch konstant sein, spricht die elektrische Kraft wäre dann ja nicht von der Zeit abhängig.
Wo liegt der/die Fehler in meinem Gedankenexperiment?



Experiment.jpg
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Experiment.jpg


schnudl
Moderator


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Beiträge: 6979
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Beitrag schnudl Verfasst am: 28. Mai 2021 16:08    Titel: Antworten mit Zitat

Das Wasser ist nicht geladen. Folglich wird das nicht funktionieren.
Durch das Wasser fließen positive Ionen in die eine und negative in die andere Richtung. Die Netto-Ladung ist Null.

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Zerdenker



Anmeldungsdatum: 05.08.2020
Beiträge: 77

Beitrag Zerdenker Verfasst am: 28. Mai 2021 17:55    Titel: Antworten mit Zitat

Gibt es generell keine Möglichkeit irgendetwas zu machen damit eine Flüssigkeit ein Potential hat?
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3775

Beitrag DrStupid Verfasst am: 28. Mai 2021 19:03    Titel: Antworten mit Zitat

Zerdenker hat Folgendes geschrieben:
Gibt es generell keine Möglichkeit irgendetwas zu machen damit eine Flüssigkeit ein Potential hat?


Wenn Du mit "Potential" eine elektrische Ladung bzw. Spannung meinst, dann geht das prinzipiell. Allerdings kann die Ladung nicht sehr groß werden, ohne dass es zu einer Coulomb-Explosion kommt. Deshalb braucht man hohe elektrische Spannungen, um den Tropfen elektrostatisch schweben zu lassen.

Im kleinen Maßstab passiert das z.B. beim Millikan-Versuch. Der wird üblicherweise mit kleinen Öltröpfchen und möglichst kleinen Ladungen durchgeführt, aber es sollte auch mit Wassertropfen funktionieren.

Dass die Coulomb-Kraft bei Wassertropfen größer werden kann, als die Gewichtskraft, sieht man beim Kelvin-Generator. Wenn man den lange genug laufen lässt, dann werden die fallenden Tropfen vom elektrischen Feld komplett abgebremst.

Ob und wenn ja wie man das mit größeren Wassermengen schafft, kann ich allerdings nicht sagen. Selbst wenn man die Kraft stark genug wird, um das Wasser schweben zu lassen, dürfte das Ganze wohl sehr instabil sein.
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