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Tippeltitop
Gast
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 Tippeltitop Verfasst am: 17. Dez 2022 15:29 Titel: Verrichtet eine Railgun mit statischen Magneten Arbeit? |
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Hallo,
im folgenden ein paar Aussagen, deren Wahrheitsgehalt mich interessieren würde. Am Ende kommt noch eine Frage....
[0] Die sog. Railgun beschleunigt Projektile mit Hilfe eines Magnetfeldes.
[1] Das Magnetfeld dafür wird idR mit Strom erzeugt, aber man könnte das nötige Magnetfeld auch mit entsprechend angeordneten statischen Magneten bereitstellen.
[2] So lange dieses statische Magnetfeld stark genug ist (oder das Projektil leicht genug), dann würde das Projektik am hinteren Ende ebenso herausschießen.
[3] Da eine Railgun auch nach oben schießen kann, müsste entsprechend auch eine Railgun mit statischen Magneten nach oben schießen können, sofern das Magnetfeld ausreichend stark bzw das Projektil ausreichend leicht ist.
[4] Aus diesen Aussagen lässt sich schließen, dass ein statisches Magnetfeld physikalische Arbeit verrichten kann, deren Größe von der Masse und des zurückgelegten Höhenunterschieds des Projektils abhängt.
[5] Bleibt das Projektil oben liegen, dann ist das Energieniveau des Gesamtsystems bestehnd aus Railgun und Projektil gestiegen.
Frage: Woher kam der Energieinput, den es braucht, um dem Projektil eine höhere Lageenergie zu verschaffen? Welche Komponente im System hat Energie abgegeben?
im Voraus Besten Dank für die Antworten! |
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 17. Dez 2022 18:06 Titel: |
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Aussage (1) ist falsch, ohne Strom geht’s nicht.
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Ihr da Ohm macht doch Watt ihr Volt! |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 18. Dez 2022 19:58 Titel: |
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| Nils Hoppenstedt hat Folgendes geschrieben: | | Aussage (1) ist falsch, ohne Strom geht’s nicht. |
Warum sollte das nicht gehen? |
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 18. Dez 2022 20:04 Titel: |
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Bei der Railgun wird das Projektil aufgrund der Lortentzkraft beschleunigt. Das ist die Kraft, die auf eine bewegte Ladung in einem Magnetfeld wirkt. Ohne Strom, keine bewegte Ladung, keine Kraft.
Viele Grüße,
Nils
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Ihr da Ohm macht doch Watt ihr Volt! |
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Rail
Gast
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| Rail Verfasst am: 19. Dez 2022 13:45 Titel: |
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Hi,
das Problem ist doch, dass man den Permanentmagneten nicht abschalten kann. Das Projektil wird nur bis zum Magneten beschleunigt und dann durch den Magneten wieder abgebremst.
mfg |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 19. Dez 2022 14:30 Titel: |
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| Rail hat Folgendes geschrieben: | | das Problem ist doch, dass man den Permanentmagneten nicht abschalten kann |
Man kann Permanentmagnete zwar nicht abschalten, aber vom Projektil weg ziehen. So kann man aber keine Railgun bauen, sondern bestenfalls eine Gauss-Kanone. |
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Rail
Gast
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| Rail Verfasst am: 19. Dez 2022 18:55 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Rail hat Folgendes geschrieben: | | das Problem ist doch, dass man den Permanentmagneten nicht abschalten kann |
Man kann Permanentmagnete zwar nicht abschalten, aber vom Projektil weg ziehen. So kann man aber keine Railgun bauen, sondern bestenfalls eine Gauss-Kanone. |
Ist das ein Witz? Sowohl Rail- als auch Coilguns erreichen Projektilgechwindigkeiten von mehreren km/s. Mit welcher Methode willst du die Magnete wegziehen? |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 19. Dez 2022 19:51 Titel: |
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| Rail hat Folgendes geschrieben: | | Sowohl Rail- als auch Coilguns erreichen Projektilgechwindigkeiten von mehreren km/s. |
Eine Gauss-Kanone (Coilguns funktionieren ohne Strom genausowenig wie Railguns) mit beweglichen Permanentmagneten erreicht solche Geschwindigkeiten ganz sicher nicht. |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 19. Dez 2022 22:29 Titel: |
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| Nils Hoppenstedt hat Folgendes geschrieben: | Bei der Railgun wird das Projektil aufgrund der Lortentzkraft beschleunigt. Das ist die Kraft, die auf eine bewegte Ladung in einem Magnetfeld wirkt. Ohne Strom, keine bewegte Ladung, keine Kraft.
Viele Grüße,
Nils |
Was, wenn die aufgereihten Magnete jeweils ein kleines Stückchen weiter auseinander liegen? Such mal nach Bildern unter "V-Gate". Wenn man da einen Projektilmagneten zwischen den beiden am engsten zusammen liegenden Magneten positioniert, dann schießt der durchaus vorne raus.
Die Frage wäre, was das dann für eine Kraft ist, wenn nicht die Lorenzkraft. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 20. Dez 2022 09:39 Titel: |
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| Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Was, wenn die aufgereihten Magnete jeweils ein kleines Stückchen weiter auseinander liegen? Such mal nach Bildern unter "V-Gate". Wenn man da einen Projektilmagneten zwischen den beiden am engsten zusammen liegenden Magneten positioniert, dann schießt der durchaus vorne raus. |
Vorher musst Du Energie aufwenden, um ihn da rein zu bringen. Wenn er wieder raus kommt, dann wird diese Energie frei. Und es ist keine Railgun.
| Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Die Frage wäre, was das dann für eine Kraft ist, wenn nicht die Lorenzkraft. |
Ich weiß nicht, ob die magnetische Kraft zwischen Permanentmagneten einen eigenen Namen hat. Es ist eine Form der elektromagnetischen Wechselwirkung, aber keine Lorentzkraft. Wie Nils schon sagte, wirkt die Lorentzkraft im Magnetfeld auf bewegte Ladungsträger und die wären gleichbedeutend mit einem elektrischen Strom. In einem Permanentmagneten fließt aber kein Strom - zumindest keiner, den man messen könnte. |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 20. Dez 2022 14:11 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: |
Vorher musst Du Energie aufwenden, um ihn da rein zu bringen. Wenn er wieder raus kommt, dann wird diese Energie frei. |
Wenn sich die Anordnung auf einer schiefen Ebene befindet und die Endhöhe multipliziert mit dem Gewicht des Projektilmagneten groß genug ist, warum ist es dann nicht denkbar, dass die Lageenergie groß genug ist, um den Magneten wieder in die Ausgangsposition zu zwingen? Also diesen effektiv in das Magnetfeld reinfallen zu lassen.
Beispiel: m*g*h = 0,01g*9,81*0,2m=0,1J
Ich sehe nicht, warum das Einzwingen des Projektils in diesem Fall immer mindestens 0,1J oder mehr an Energie verbrauchen muss. Immerhin könnte man das V-Gate fast beliebig lang machen, ohne dass es seine Wirkung verliert. Je länger es ist, desto größer wird der Höhenunterschied und desto mehr Joule stehen am Ende bereit. |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 20. Dez 2022 14:13 Titel: |
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Ergänzung:
[quote="Tippeltitop"] | DrStupid hat Folgendes geschrieben: |
Immerhin könnte man das V-Gate fast beliebig lang machen, ohne dass es seine Wirkung verliert. Je länger es ist, desto größer wird der Höhenunterschied und desto mehr Joule stehen am Ende bereit. |
Mit beliebig lang meine ich nicht, dass die Magnete des V-Gate beliebig weit auseinander liegen können. Aber die Änderung beim Abstand der aufeinander folgenden Magnete kann (fast) beliebig klein ausfallen. Dadurch gewinnt man Strecke, ohne an Kraft zu verlieren. |
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Rail
Gast
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| Rail Verfasst am: 20. Dez 2022 15:10 Titel: |
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Hallöchen,
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Rail hat Folgendes geschrieben: | | Sowohl Rail- als auch Coilguns erreichen Projektilgechwindigkeiten von mehreren km/s. |
Eine Gauss-Kanone (Coilguns funktionieren ohne Strom genausowenig wie Railguns) mit beweglichen Permanentmagneten erreicht solche Geschwindigkeiten ganz sicher nicht. |
Ich glaube, wir sprechen von verschiedenen Sachen.
Gauskanone und Coilgun sind gleiche Gerät mit anderen Namen. Beide beschleunigen ferromagnetische Projektile mit Elektromagneten.
Railguns dagegen beschleunigen einen Schlitten auf einer Schiene mit Hilfe von Elektromagneten. An beide Magnetsysteme werden die gleichen Anforderungen gestellt.
Von einer Kanone mit beweglichen Permanentmagneten habe ich noch nicht gehört. Beschreib mal, wie das geht, besonders: wie werden die Magnete beschleunigt, da sie praktisch kein Beschleunigungsweg haben.
Zweitens: Wie wird die Bewegung mit dem Projektil synchronisiert? |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 20. Dez 2022 15:48 Titel: |
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| Rail hat Folgendes geschrieben: | | Gauskanone und Coilgun sind gleiche Gerät mit anderen Namen. Beide beschleunigen ferromagnetische Projektile mit Elektromagneten. |
Gausskanonen beschleunigen magnetische (nicht notwendigerweise ferromagnetische) Projektile mit Magneten. Coilguns sind Gausskanonen mit Elektromageten (daher der Name).
| Rail hat Folgendes geschrieben: | | Railguns dagegen beschleunigen einen Schlitten auf einer Schiene mit Hilfe von Elektromagneten. |
Elektromagnet ist übertrieben. Bei einer Railgun wird das Magnetfeld durch eine Leiterschleife erzeugt, die aus den Schienen und dem Projektil besteht. Anders als bei einer Coilgun ist das Projektil also Teil des "Elektromagneten" und es wird nicht druch Wechselwirkungen zwischen Megetfeldern, sondern durch die Lorentzkraft beschleunigt.
| Rail hat Folgendes geschrieben: | | Von einer Kanone mit beweglichen Permanentmagneten habe ich noch nicht gehört. |
Das heißt nicht, dass es nicht geht. Tatsächlich macht man es sich üblicherweise noch viel einfacher, indem man stationäre Permanentmagnete und mehrere Projektile verwendet, die ihren Impuls wie bei einem Kugelstoßpendel aufeinander übertragen.
| Rail hat Folgendes geschrieben: | Beschreib mal, wie das geht, besonders: wie werden die Magnete beschleunigt, da sie praktisch kein Beschleunigungsweg haben.
Zweitens: Wie wird die Bewegung mit dem Projektil synchronisiert? |
Wie das praktisch umgesetzt wird, spielt keine Rolle. Entscheidend ist, dass die Magnete so bewegt werden, dass das Magnetfeld bei der Annäherung des Geschosses an den Magneten stärker als beim Entfernen ist.
Bei der Variante mit elastischen Stößen wird der gleiche Effekt erreicht, indem das ankommende Geschoss dichter an den Magneten heran kommt als das wegfliegende.
Zuletzt bearbeitet von DrStupid am 20. Dez 2022 15:56, insgesamt einmal bearbeitet |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 20. Dez 2022 15:55 Titel: |
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| Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Wenn sich die Anordnung auf einer schiefen Ebene befindet und die Endhöhe multipliziert mit dem Gewicht des Projektilmagneten groß genug ist, warum ist es dann nicht denkbar, dass die Lageenergie groß genug ist, um den Magneten wieder in die Ausgangsposition zu zwingen? |
Niemand sagt, dass das nicht geht. Es ist aber nicht möglich, dass der Magnet anschließend über die Höhe hinaus fliegt, aus der er fallen gelassen wurde. Die Anordnung speichert Energie und gibt sie wieder frei. Dabei kommt nie mehr raus, als man rein steckt. Du kannst das V-Gate ebensogut durch eine nicht magnetische Spiralfeder ersetzen. Das Ergebnis wäre gleich. |
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Rail
Gast
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| Rail Verfasst am: 20. Dez 2022 15:58 Titel: |
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Hallööli,
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | ............
Wie das praktisch umgesetzt wird, spielt keine Rolle. Entscheidend ist, dass die Magnete so bewegt werden, dass dass Magnetfeld bei der Annäherung des Geschosses an den Magneten stärker als beim Entfernen ist.
Bei der Variante mit elastischen Stößen wird der gleiche Effekt erreicht, indem das ankommende Geschoss dichter an den Magneten heran kommt als das wegfliegende. |
Also reine Phantasie.
Tschüüss |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 20. Dez 2022 16:43 Titel: |
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| Rail hat Folgendes geschrieben: | | Also reine Phantasie. |
Nein, das ist Physik. |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 20. Dez 2022 17:15 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | Niemand sagt, dass das nicht geht. Es ist aber nicht möglich, dass der Magnet anschließend über die Höhe hinaus fliegt, aus der er fallen gelassen wurde.
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Warum nicht? Ich hätte jetzt gedacht, dass die erreichbare Höhe instrumental von der Anzahl der in Reihe befindlichen Magnete abhängt und nicht von der zu Beginn reingesteckten Energie. Vielmehr hängt die zu Beginn einzusetzende Energie von der Stärke des Magnetfelds ab und die erreichbare Höhe eben von der Anzahl an Magneten. Daraus ergibt sich diese Limitierung nicht.
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: |
Dabei kommt nie mehr raus, als man rein steckt.
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Das will ich ja auch gar nicht.
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: |
Du kannst das V-Gate ebensogut durch eine nicht magnetische Spiralfeder ersetzen. Das Ergebnis wäre gleich. |
Ja schon. Die Frage ist halt, wie lange eine Feder das mitmacht bzw. wie viel aufgrund der inneren Reibung in der Feder verloren geht. Meine Vermutung wäre, dass ein Magnet sehr viel länger durchhält, bevor er die notwendige Magnetisierung verliert. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 20. Dez 2022 19:23 Titel: |
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| Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Ich hätte jetzt gedacht, dass die erreichbare Höhe instrumental von der Anzahl der in Reihe befindlichen Magnete abhängt und nicht von der zu Beginn reingesteckten Energie. |
Wenn das System verlustfrei arbeitet, dann hängt die erreichbare Höhe ausschließlich von der zu Beginn reingesteckten Energie ab. Die Konfiguration der Magnete begrenzt lediglich die Energie, die gespeichert werden kann. Wenn man versucht, mehr reinzustecken, dann schlägt der Magnet unten auf oder fällt durch. Dabei geht die reingesteckte Energie ganz oder teilweise verloren. |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 20. Dez 2022 21:47 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Wenn man versucht, mehr reinzustecken, dann schlägt der Magnet unten auf oder fällt durch. Dabei geht die reingesteckte Energie ganz oder teilweise verloren. |
Die überschüssige Energie oben entnehmen geht nicht? Also indem bsp Masse oben abgelegt wird, bevor der Magnet wieder runter in die Ausgangsposition fällt. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 21. Dez 2022 09:45 Titel: |
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| Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Die überschüssige Energie oben entnehmen geht nicht? |
Wie denn, wenn sie unten verloren geht? Wenn der Magnet oben mehr Energie hat als gespeichert werden kann, dann kommt er nicht mehr nach oben zurück. |
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Tippeltitop
Gast
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| Tippeltitop Verfasst am: 21. Dez 2022 18:37 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Die überschüssige Energie oben entnehmen geht nicht? |
Wie denn, wenn sie unten verloren geht? Wenn der Magnet oben mehr Energie hat als gespeichert werden kann, dann kommt er nicht mehr nach oben zurück. |
Verstehe ich nicht. Bitte nochmal von vorne erklären. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 22. Dez 2022 09:31 Titel: |
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| Tippeltitop hat Folgendes geschrieben: | | Bitte nochmal von vorne erklären. |
Am Anfang liegt der Magnet oben und hat dort potentielle Energie im Gravitationsfeld. Dann fällt er in das V-Gate, bis er irgendwann zum Stillstand kommt. Seine potentielle Energie ist dann um den Betrag dEg=m*g*dh kleiner als oben. Dafür hat er die potentielle Energie dEm im Magnetfeld des V-Gates dazu gewonnen. Wenn es keine Energieverluste gibt, dann gilt dEg+dEm=0.
dEm kann aber nicht beliebig groß werden, weil das V-Gate nur eine maximale Energie Emax speichern kann. Wenn der Magnet aus so großer Höhe fällt, dass |dEg|>Emax wird, dann geht die Energie dE=Emax-|dEg| auf dem Weg nach unten verloren und fehlt dem Mageten dann um anschließend wieder die ursprüngliche Höhe zu erreichen. Wenn das nicht so wäre, dann könntest Du ein Perpetuum Mobile konstruieren, das bei jedem Zyklus diese Energiedifferenz abgibt.
Wie ich oben schon sagte, ist das genauso als ob der Magnet unten auf eine Feder fällt. Wenn er da mit mehr Energie ankommt, als die Feder seichern kann, dann geht die Differenz verloren und er kommt nicht mehr nach oben zurück. |
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