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Forum: Offtopic Idee: Schwebender kopfbewegter LED-Scheinwerfer


Autor: Paul H. (powl)
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Hi,

ich hatte, als Nachwirkung darauf, dass ich mit nem Kumpel über sein 
Bauprojekt mehrerer RGB Mini-Movingheads geredet habe, die Idee, dass 
man ja auch einen ganz frei schwebenden bauen könnte.

Ihr kennt ja sicher diese schwebenden Erdkugeln, so in der Richtung 
stell ich mir das vor. Die Problem die hierbei zu lösen sind:

- 5 Watt Energie für die LEDs müssen über ein Magnetfeld über ca. 10cm 
kabellos in den Kopf übertragen werden
- Der Kopf muss eindeutig verdrehbar und neigbar sein
- Die Daten um die LEDs und eventuell die Mechanik zu steuern müssen mit 
übertragen werden.

ich dachte mir das so, dass der LED-Kopf ungefär die Form eines an der 
spitzen Seite geköpften Ei hat, so dass das Hinterteil kugelrund ist und 
die Seite vorne bei den LEDs flach ist.

Das Ding zum schweben zu bekommen wollte ich so lösen, dass ich nicht 
nur einen sondern gleich drei Magnete so anordne, dass sich das Ding 
nicht von alleine verdrehen kann. Wenn man diese schwebenden Erdkugeln 
mit ihrem einfachen Magneten ein wenig anstupst drehen die sich ja 
munter weiter. Um den Kopf nun zu bewegen werden die Magneten in seinem 
Inneren durch eine mechanische Konstruktion mit Motoren bewegt, so dass 
er sich verdreht oder neigt. Die Magnete stehen also quasi immer fest 
freischwebend in der Luft und der Kopf hält sich an ihnen fest, das 
Gehäuse bewegt sich also um sie herum. Eine geschickte Regelelektronik 
sorgt dann mithilfe von drei weiteren 
Permanentmagneten-Spulen-Kombinationen (man muss ja nicht die gesamte 
Magnetkraft durch einen elektromagneten aufbringen sondern nur die 
magnetischen Kräfte leicht korrigieren um den Kopf im schwebenden 
Gleichgewicht zu halten) oben in der Basis dafür, dass die Trägerplatte 
mit den Magneten im Kopf brav in der Luft schwebt. Ein Problem wird nur 
sein, den Abstand der Trägerplatte zu messen um die Basismagnete 
entsprechend zu regeln, da man ja nun drei Magnete gemeinsam regeln muss 
und nicht nur einen und noch der sich bewegende Kopf zwischen den 
Magneten und der Trägerplatte liegt, der im Idealfall bei jeder 
Kopf-Stellung die Oberfläche einer Kugel darstellt, aber ob das zur 
Abstandsmessung ausreichend genau machbar ist?. Weitere Fragen sind, ob 
man überhaupt die 5W (oder noch mehr?) für die LEDs da kabellos über 
eine Induktionsschleife reinübertragen bekommt, ob sich der Kopf dann 
ausreichend schnell drehen kann ohne abzureißen, und natürlich zu guter 
letzt noch, wie groß der Abstand des Kopfs zur Basis sein kann. 
Gewünscht wären schon so 5cm. Wenn die Dinger irgendwo an der Decke 
hängen und man vorwiegend von unten draufguckt soll man schon noch 
erkennen können, dass die tatsächlich frei schweben. Eine Abhilfe dazu 
wär auch, sie unter ein Regal zu hängen oder so.

Haltet ihr so ein Projekt für realisierbar? Welche weiteren Probleme 
könnten sich daraus noch ergeben und wie könnte man das Problem mit der 
Abstandsmessung für die Regelung angehen?

lg PoWl

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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ja, für eine Spezialisten in Regeltechnik schon, aber nur wenns gar 
nicht anders geht. Du willst nämlich mehre Dinge kombiniert regeln, 
welche sich alle gegenseitig beeinflussen. Das kann etwas ätzender 
werden als dir gerade vorschwebt, was nicht heißt es sei nicht 
realisierbar.Aber eine Nummer kleiner würde "ich" anfangen, wenn "ich" 
Erfolg haben wollte.
Wer keine Träume träumt, ist ne arme Sau. Also ran an den Sarg und 
losgeheult.

Mfg Winne

p.S. Bei den einfachen leichten Schwebedingern sind meist Supraleiter im 
Spiel

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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Ja, für eine Spezialisten in Regeltechnik schon, aber nur wenns gar 
nicht anders geht. Du willst nämlich mehre Dinge kombiniert regeln, 
welche sich alle gegenseitig beeinflussen. Das kann etwas ätzender 
werden als dir gerade vorschwebt, was nicht heißt es sei nicht 
realisierbar.Aber eine Nummer kleiner würde "ich" anfangen, wenn "ich" 
Erfolg haben wollte.
Wer keine Träume träumt, ist ne arme Sau. Also ran an den Sarg und 
losgeheult.

Mfg Winne

p.S. Bei den einfachen leichten Schwebedingern sind meist 
Hochtemperaturupraleiter im Spiel

Autor: Paul H. (powl)
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In den magnetischen Globen? Nein tut mir leid, da sind wohl keine auf 
-140° tiefgekühlten Hochtemperatursupraleiter drin ;-)

Dass, es schwierig werden könnte drei miteinander verbundene Magnete 
regelungstechnisch in einklang schweben zu lassen kann ich mir denken. 
Das Projekt ist ja bisher nur eine nette Idee, falls ich das wirklich 
anfang dann nicht jetzt und nicht ohne mich vorher mit einigen 
Experimenten und Prototypen langsam an die Sache ranzuwagen.

Autor: dunky (Gast)
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also 5W drahtlos zu übertragen erscheint mir bauchmäßig erstmal nicht so 
ganz ohne. Aber da haben andere sicherlich mehr Ahnung von.

Mal ne Frage:
Wie wird bei diesen Schwebeteilen eigentlich verhindert das die Kugel 
nach links oder rechts "ausbricht"? Oder wird die Kugel von dem oberen 
Magneten automatisch ins Zentrum gezogen, und solange man die Kugel 
nicht zu kräftig anstubst ist sie zentriert?

Und hast Du ne Größenordnung was so ein Magnet an Strom benötigt für so 
eine Anwendung? Redet man da von 1A oder eher von 10A?

Autor: Paul H. (powl)
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Wie viel Strom der Magnet braucht ist total abhängig von der Spule, den 
magnetischen Eigenschaften des Körpers, dessen Gewicht und dem Abstand. 
Meistens kommt man aber so mit 1..2A aus. Wie schon gesagt werde ich 
probieren, ob das nicht auch mit einer 
Permanentmagnet-Spulen-Kombination funktioniert, ich brauch ja nur ein 
statisches Magnetfeld, das ich um ein gewisses maß absenken und 
verstärken kann, und das kann dann die Spule übernehmen, ohne dass das 
gesamte Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt werden muss.

Der schwebende Gegenstand wird automatisch in die Mitte gezogen, weil 
das Magnetfeld mittig am stärksten ist, und da wird der Gegenstand 
hingezogen, der kommt garnicht erst auf die Idee seitlich abzudriften.

Hauptproblem bei der ganzen Sache ist immernoch, den Abstand der 
schwebenden Trägerplatte zu bestimmen, und das an drei punkten, einfach 
nur mittig reicht leider nicht weil so nicht bestimmt werden kann, 
welcher Magnet nun ausgeregelt werden muss.

Theoretisch dürften sich die einzelnen Regelkreise nicht sonderlich 
stark beeinflussen.

lg PoWl

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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Wenn du das Problem der Lagestabilisierung überwunden hast und mit der 
induktiven Leistungsübertragung beginnst wird dir auffallen das jedes 
Strömchen in die Lageregelung eingreift, besser du siehst von Anfang an 
einen auf der Spitze stehenden Spulen-Paar-Tetraeder vor, der mit WS 
arbeitet, die Leistung überträgt und die Lage stabilisiert. Nach und 
nach würde ich dann die Abstände vergrößern und die untere 
Kraftfeldspulen durch Masse erstzen. Durch PWM kanst du dann das 
tragende Tripel so beeinflussen, dass sich das gewünschte 
Kräftegleichgewicht einstellt.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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@powl:
Bist du in einer Zeitschleife?
Beitrag "Schwebender Globus, wie funktioniert das? Selbstbauen?"

Es gab hier auch mal einen richtig langen Thread wo mehrere Leute einen 
Magnetschweberegler gebastelt haben. Aber kann den gerade nicht 
wiederfinden. Wahrscheinlich hieß der Thread wieder "HABS GESCHAFFT" 
oder sowas sinnvolles.

Autor: Paul H. (powl)
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@Simon K.
Ja, gelegentlich verfange ich mich in soetwas. Die Idee mit dem 
schwebenden Globus war was anderes. Mein Movinghead soll am Magneten 
hängend schweben, das ist eine Nummer einfacher. Das Komplizierte ist 
nur das Zusammenspiel der kabellosen Energieübertragung mit der 
Lageregelung und festem Drehwinkel der Trägerplatte

@Winfried J. Die Kräfte die durch die Induktionsschleife entstehen 
greifen einerseits in die Messung ein, wenn ich das magnetisch mache, da 
der Induktionsschleifenstrom allerdings bekannt ist, kann dieser aus dem 
Messergebnis herausgerechnet werden, denke ich. Andererseits 
beeinflussen sie die Position der Trägerplatte, was allerdings so träge 
geschieht, dass es von der Lageregelung sofort ausgeglichen wird.

Was meinst du mit Spulenpaar-Tetraeder? Hast du ein beispiel? Wie das 
Ding schwebt ist mir relativ egal. Hauptsache ich habe hinterher ein 
paar Scheinwerferchen, die im Abstand von ein paar cm freischreibend 
unter der Basis ihr Bewegung ausüben :-)

Ich werd im Forum auch mal suchen. Ist es sinnvoller, die Trägerplatte 
feststehend zu haben und den Kopf relativ zu ihr zu drehen, so dass die 
Dreh- und Neigemechanik im Kopf drin ist, oder die Magnete in der Basis 
zu drehen, so dass die Trägerplatte sich mitdreht.

Funktioniert die Idee, Permanentmagnete mit einer Spule zu umwickeln um 
die permanentmagnetischen Kräfte als Basis zu nutzen und die Spule nur, 
um die gringfügigen Magnetfeldänderungen zur Regelung zu erzeugen?

lg PoWl

Autor: Sebastian Z. (sebastian_z)
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Hallo,

ich finde die Idee prinzipiell gut,
jedoch bin ich mir "fast" sicher (wenn ich falsch liege möge man mich 
korrigieren), dass es so (einfach) und auch etwas komplizierter nicht 
möglich ist einen magnetisch gelagerten Moving-Head zu bauen.
Auch wenn er nur klein ist! Wenn ich hier von Leistungen von 5W lese, 
dann gehe ich mal davon aus, dass die LEDs so zw 3-5W Leistung haben.
Die brauchen da schon ne ganz kräftige Kühlfläche aus Alu, und die 
Motoren wiegen auch noch ne Menge mit der Mechanik.
Daher denke ich, dass allein die Leistung um dieses Objekt in der 
Schwebe zu halten viel höhersein muss, als die Beleuchtungsleistung.

Auch wirdder Schwerpunkt nicht ausgeglichen sein, somit braucht man noch 
weitere regelbare Magnete, die das Kippen und Neigen bei gewollter 
Bewegung ausgleichen.

Also, ich denke, dass man die Magnete auch noch so anordnen muss, dass 
evtl gar nicht mehr so viel Bewegungsraum bleibt.

Ist jetzt aber nur meine Meinung.
Ich plane auch einen LED Moving-Head,
jedoch konventionell und mit "etwas" größerer Leistung.

Ich lasse mich aber auch gerne überzeugen,
da ich den Ansatz echt interessant finde, jedoch befürchte ich, dasser 
frustrierend endet.

Viele Grüße
Sebastian

Autor: Paul H. (powl)
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Das kann sein, bevor ich das Projekt irgendwann tatsächlich angehe 
wollte ich zuerstmal über die prinzipielle Realisierbarkeit diskutieren. 
Das war so eine Idee die einfach wieder raus musste^^

Stimmt, Die LEDs werden wohl Kühlkörper brauchen, natürlich werde ich 
aber darauf achten, dass ich die effizientesten auswähle, die es grad 
gibt. Die Motoren und die Mechanik wird nicht sonderlich schwer. Die 
Motoren können sehr klein sein weil die Bewegung nicht sonderlich 
schnell werden muss.

Natürlich würde ich zuerst mal versuchen eine Platte, die an drei 
Magneten hängt zum Schweben zu bekommen. Besonders stark zusammen hängen 
die Regelkreise nicht. Wenn sich eine Seite nach unten bewegt wird die 
andere nur geneigt, an der Magnetkraft ändert sich da nicht maßgeblich 
was, müsste man erproben. Natürlich wäre es auch geschickt, wenn man 
erreichen könnte, dass der Kopf durch einen mittigen Magneten gehalten 
wird und dann durch äußere Magnete drehsteif stabilisiert wird. Aber ob 
das wirklich so gut funktioniert?

Btw: ich würde gerne die verdutzten Gesichter meiner Besucher sehen, 
wenn in meinem Zimmer unter der Decke die Scheinwerfer herumschweben. 
Wenn man jetzt ganz lustig ist ordnet man die Basen in einer zweiten 
Zimmerdecke ringförmig an, so dass sich dieser Ring ganz langsam im 
Kreis dreht, dann wirkt es wirklich so wie als würden die Scheinwerfer 
von Geisterhand im Zimmer herumfliegen :D

lg PoWl

Autor: Sebastian Z. (sebastian_z)
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Also mit dem Kühlkörper sehe ich da dennoch so ein Problem, das sollte 
aber durch genügend Magnetleistung zu lösen sein, wenn auch nicht gerade 
effizient.
Aber ich sehe ein richtiges problem in der ungleichen Gewichtsverteilung 
im Head. Wenn du ihn dan neigst, dann ändert diese sich auch und es kann 
sein, dass er gerade noch hinten runterzog und nun über den Kipppunkt 
hinweg ist und daher ein Kippmoment nach vorne oder zur Seite aufbaut.
Ich denke, das ist mit 3-5 Magneten nicht zu machen.

Viele Grüße
Sebastian

Autor: Paul H. (powl)
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Feinrippige Alukühlkörper wiegen nicht so besonders viel und haben 
trotzdem ne große oberfläche. Im übrigen verfüge ich bald über eine 
CNC-Fräse und kann mir sowas notfalls auch selbst passgenau herstellen. 
Das Philips LivingColors Ding kommt auch mit nicht soooo viel Kühlung 
aus.

Falls es mit dem Schwerpunkt günstiger ist wenn ich das Ding Kugelförmig 
gestalte dann wär das auch in Ordnung. Alternativ kann ich auch im 
hinteren Teil des Kopfes ein Gegengewicht anbringen und eben schauen, 
dass der Kühlkörper nicht größer und schwerer als nötig wird.

Dass schwebende Dinger an den Magneten viel Strom brauchen ist mir 
bewusst aber das lässt sich durch große Elektromagnete (hab ja einiges 
an Platz in der Basis) in Verbindung mit dicken Drähten, 
permanentmagneten und einer Schaltregelung denke ich in Grenzen halten.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ich hab gerade Motor gelesen, wofür denn Motoren? Ein Motor ist doch 
auch nichts anderes als ein drehendes Magnetfeld.
Man müsste doch auch das Objekt durch Veränderung des äußeren 
Magnetfeldes drehen können. So wie bei einem Motor halt ;)

Autor: Paul H. (powl)
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Wofür Motoren? hab ich doch im ersten Post erklärt. Durch Drehen des 
äußeren Magnetfelds kannst du den Kopf nicht drehen und gleichzeitig in 
der Schwebe halten.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Paul Hamacher wrote:
> Wofür Motoren? hab ich doch im ersten Post erklärt. Durch Drehen des
> äußeren Magnetfelds kannst du den Kopf nicht drehen und gleichzeitig in
> der Schwebe halten.

Ich hab keine Ahnung wie dein Aufbau aussieht/aussehen soll, aber warum 
soll das nicht funktionieren?
Hast du dir darüber schon mal Gedanken gemacht? Ich zwar nicht, aber ich 
bin mir fast sicher, dass das mit einer geeigneten Anordnung 
funktionieren sollte.
Zum Beispiel 3 Elektromagnete und in der Mitte der Festmagnet. Wie bei 
einem Motor. Und die Elektromagnete kann man ja mit PWM in ihrer 
Leistung dimmen und sogar umpolen bei Bedarf. (Wie beim Brushless Motor)
Und Beim Brushless Motor kann ich mich auch nicht dran erinnern, dass da 
Kräfte entlang der Welle wirken. Also wird das schon funktionieren.
War aber auch nur so eine schnelle Idee.

Wenn du in der Kugel einen Festmagneten hast und daran befestigt wieder 
Motoren an welchen wiederum die LEDs dran sind und das ganze gehalten 
wird von äußeren Magneten, dann hast du doch zwei mal den (vom Prinzip 
her) selben Aufbau ineinander verschachtelt. Nur, dass der äußere Aufbau 
deine Erfindung ist und der innere "Motor" genannt wird.
Da musst du übrigens auch aufpassen, dass sich bei den ganzen 
Magnetfeldern nicht diese nicht gegenseitig stören.

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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ein Tetraeder ist klar? (dreiseitige Pyramide)

Auf den Kopf gestellt in jede Ecke zum räumlichen Mitelpunkt des selben
eine Spule und drinnen mit kürzeren Kanten ein weiterer Tetraeder mit
jeweils einer Spule an den Ecken welche in der selben Achse steht wie
die des Aüßeren Tetraeders.

Den inneren Tetraeder im aüßeren zum schweben bringen, in dem die 
inneren
Spulen über einen 4 Phasenbrückengleichrichter die von den Äußeeren
Spulen induzierte Energie auf die LEDs geben. Der/die Regler muss nur
die Luftspalte konstant halten können

Am besten ein PID Regler je Spulenpaar (Konstantstromregler)

Autor: Paul H. (powl)
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OK, aber wieso müssen alle Spulenpaare in einen Mittelpunkt fluchten? 
Die Anordnung wie bei einem dreiseitigen Prisma würde doch auch gehen. 
Wenn ich dich richtig verstehe möchtest du also die Spulen mit 
wechselstrom besteuern und durch den Wirbelstrom der Empfangsspulen, von 
dem du einen Teilstrom durch die LEDs abzweigst die nötige 
Gegenanziehungskraft erzeugen?

Das wäre prinzipiell auch ne Möglichkeit, aber ist das überhaupt 
gescheit zu dimensionieren, dass für das Schweben nicht eine so hohe 
Energie verbraucht wird und wird das genauso effektiv funktionieren wie 
mit der Anordnung mit den Permanentmagneten?

Autor: Gast (Gast)
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"schwebende Kugel", oder so ähnlich, hieß der Thread.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Man kann nicht aus dem Warenkorb verlinken, mein lieber Thilo.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Gast wrote:
> "schwebende Kugel", oder so ähnlich, hieß der Thread.

Jau! Sauber. Der hier ist es:
Beitrag "Schwebende Kugel"

Viel Spaß beim Lesen! Da stehen ein paar Antworten auf deine Fragen.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Simon K. wrote:
> Man kann nicht aus dem Warenkorb verlinken, mein lieber Thilo.

Sorry ...
Einmal im Shop funktioniert auch die Vorschau.
Von außerhalb leider nicht ...

Bestellnummer: 671157 - 62

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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671157
Conrad

So geht es :D

Autor: Thilo M. (Gast)
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Danke!

Autor: Paul H. (powl)
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Ja, das bei Conrad ist leider so eine Lösung mit einem optischen Sensor, 
wies ausschaut. Bei mir soll von Sensoren nichts zu sehen sein.

Autor: warum (Gast)
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Warum diskutiert ihr diesen Blödsinn? Da wird niemals was rauskommen. 
200% garantiert!

Autor: Paul H. (powl)
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Weil wir im gegensatz zu dir nicht einen solch beschränkten Horizont 
haben und in der Lage sind uns darüber zu freuen auch über zwar 
schwierig zu realisierende aber doch außergewöhnliche Ideen diskutieren 
zu können :-* Und jetzt troll wo anders herum.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Find die Idee eigentlich ganz lustig (auch damals schon mit dem 
Schweberegler). Ma gucken ob ich da auch irgendwann zu komme.
So ein schwebender, drehbarer und neigbarer LED-Scheinwerfer ist doch 
nicht übel.
Und das ganze womöglich noch ohne Motoren! Das gibt doch nen Staun 
Effekt bei Ahnungslosen :D

Autor: Paul H. (powl)
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@Simon K, bei deinem schreibstil weiß ich nie ob du nun tatsächlich 
begeistert bist oder dich einfach nur lustig machst, zumal du schon 
wieder was von "ohne Motoren" redest ;-) Klar gibts Motoren, nur sieht 
man die von außen natürlich nicht, und die Gesichter der Ahnungslosen 
wollte ich in der Tat gerne mal sehen.

Mit Permanentmagneten ist es sicher möglich das magnetische Schweben 
immens zu erleichtern. Man braucht nur starke magneten und muss diese 
mit einer Spule umwickeln um das Magnetfeld abschwächen und zu 
verstärken zu können damit man den hängenden Magneten gerade so in der 
Gleichgewichtslage halten kann. Wie eine Kugel die auf einem Hügel 
steht, man muss nur ganz geringe Kräfte aufwenden so dass sie nicht 
runterfällt. Ich muss mir nur noch etwas einfallen lassen, wie ich die 
Dinger dann abschalte. Im Falle eines Stromausfalls möchte ich nicht, 
dass mir sie dann auf einmal alle auf den Kopf fallen. Wobei man die 
Position des schwebenden Objekts auch permanent etwas über dem 
kritischen Punkt halten könnte so dass die Scheinwerferchen sobald der 
Strom weg ist ganz automatisch nach oben gezogen werden.

Die Fernwirkung der Magnete könnte man sicher durch einen vergrößerten 
Magnetdurchmesser verbessern. 4cm unter der Basis schweben müsste schon 
machbar sein.

Btw: Was passiert eigentlich wenn man ganz viele Scheibenmagnete zu 
einer großen Kugel zusammenklebt, so dass alle Nordpole nach außen 
zeigen. Hat man dann nach außen hin einen magnetischen Monopol?

Autor: Paul H. (powl)
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So, auf die letzte Frage habe ich mir grad selbst eine Antwort 
ergoogelt. Die Magnetfeldlinien sind dann in der Kugel eingeschlossen, 
können nicht mehr nach außen, ergo ist auch außen keine magnetische 
Wirkung mehr zu spüren.

lg PoWl

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