Imán y conservación de energía.

Si consideramos una bola de acero que cae por gravedad en una copa (pozo de potencial) y un obstáculo la detiene en el fondo, entonces la conservación de la energía implica que la energía potencial gravitatoria se ha transformado primero en energía cinética y luego en calor. Después del experimento, la altura del pozo de potencial se reduce porque hay una bola de acero en el fondo. Entonces puedo repetir el experimento y cada vez extraeré menos y menos energía hasta que no extraiga nada cuando el pozo se llene de bolas. Ahora considere un imán y una bola de acero. El imán acelera la bola de acero hasta que se pegan y la energía cinética se disipa por emisión de calor. La conservación de energía implica que la energía del imán+campo+bola ha cambiado (disminuida por la cantidad de calor producido). Mi pregunta es ¿cómo se reduce? ¿Es el momento magnético del imán el que ha disminuido, o debemos tener en cuenta el momento magnético inducido en la bola de acero para recalcular la energía del campo?

El problema se puede simplificar (para el cálculo) pero queda abierto si en lugar de un imán y una bola de acero se utilizan dos bobinas, cada una conectada a un generador. Si alguien puede escribir los detalles del cálculo, sería muy apreciado. (Problema resuelto para las bobinas en Griffiths p211. Los generadores producen la energía disipada por el calor). Así que queda por resolver el problema de un imán y la bola de acero. ¿Hay una reconfiguración de dominio?

Cuando dos imanes se juntan, la energía del campo que los rodea se reduce.
Shaktyai, ¿cómo se atraen las dos bobinas?
los electroimanes se comportan como un imán... creo.
Explícame cómo una bobina (conectada a una batería) atrae a otro circuito de este tipo, de modo que colisionan...
F=I dlxB Una bobina crea un campo magnético, la corriente que fluye a través de la otra "genera" la fuerza: F=I dlxB. Encontré la respuesta al problema con las bobinas en la página 211 de Griffiths. Los generadores producen la energía extra disipada por el calor. Así que supongo que volvemos al punto de partida para el problema del imán + la bola de acero.

Respuestas (2)

Esta es solo una respuesta parcial pero, al considerar los imanes, debe considerar la creación y aniquilación de campos magnéticos. Por ejemplo, recuerde que en electromagnetismo tratamos la energía como almacenada en el propio campo magnético.

Por lo tanto, si separamos dos imanes, creamos un campo en una región del espacio donde antes no había campo. Entonces, este proceso requiere que hagamos trabajo (que es intuitivo) y dos imanes separados configuran un sistema con energía positiva. Por el contrario, al unir dos imanes, destruimos el campo magnético y, por lo tanto, reducimos la energía del sistema.

Entonces, en su ejemplo, este es otro ingrediente a considerar. Quizás otras características también sean relevantes, como el hecho de que el calor disipado en la colisión también desmagnetizará parcialmente el imán (alterará la configuración del dominio); tenga en cuenta que magnetizar un imán permanente requiere mucha energía.

Espero que esto ayude.

Estoy de acuerdo con usted. Estas fueron mis dos ideas para tratar el problema. El momento magnético inducido en la bola de acero crea un campo que reduce el campo magnético o el momento magnético del imán se reduce por la reconfiguración del dominio.

Esta es, en última instancia, una aclaración (es decir, un comentario extendido) de la publicación de Gabriel:

Los campos magnéticos estáticos no pueden realizar ningún trabajo y, si la pelota está en reposo, no se produce la fuerza de Lorentz. Lo que ocurre es que llevas el imán lo suficientemente cerca de la bola, y la bola siente un campo B cambiante... este campo funciona y altera la energía interna de la bola (es decir, los bucles de corriente/momentos magnéticos en el metal tienden a revertirse). -alinear como los del imán). Estamos ignorando otros efectos cuánticos, como el ferromagnetismo.

Hasta aquí, la conservación de la energía está bien.

Ahora la pelota golpea el imán, por lo que la compresión de la pelota y la fricción/calor proporcionan la pérdida de energía. ¿Pérdida de qué? La energía original era la energía almacenada en el campo B, más la energía de interacción insignificante de los momentos magnéticos de la pelota con el campo B (término potencial m B ).

Por lo tanto, debe ser que el imán pierde algo de fuerza debido a la reconfiguración del dominio, o la insignificante energía de interacción de la bola con el imán se volvió aún más insignificante (debido a la realineación perturbada de cualquier m con B ).

Gracias por tu respuesta. Sin embargo, puede que me esté perdiendo un punto. Creo que si el imán y la bola de acero se mantienen quietos y lo suficientemente cerca, existe una fuerza entre ellos. Así que no entiendo tu punto sobre la velocidad macroscópica de la bola. Por eso pensaba que la interacción dipolo-dipolo era la fuerza impulsora. El imán tiene un momento magnético "permanente", la bola de acero uno inducido.
sí, originalmente no lo hay (estando lejos)... pero luego se induce una velocidad.
En realidad, acabo de darme cuenta de que se pueden usar dos bobinas en lugar de un imán y una bola de acero. La ventaja es que uno puede llevar el cálculo más fácilmente. Las fuerzas y los campos son cantidades conocidas. Con dos bobinas podemos eliminar la pérdida de energía debido a la reconfiguración del dominio.