¿Se movería un solenoide si lo atravesara un imán?

Question

Si tuvieras un solenoide (corriente 0) flotando quieto en el espacio, y dispararas un imán a través de él, ¿se movería el solenoide, o sólo crearía una corriente continua (qué pasa si tiene un circuito cerrado/abierto)? ¿Se ralentiza el imán (en caso afirmativo, cuánto)? ¿Y si aumentaras drásticamente la velocidad/potencia del imán, cambiaría algo?

(Siéntase libre de enlazar cualquier cosa que pueda ayudar a explicar mejor los solenoides/campos E&M).

Answer 1

Sin corriente, sin contrafase, sin fuerza de reacción si el circuito del solenoide está abierto. Pero si cierras el circuito cortocircuitando los cables de entrada del solenoide verás corriente y una fuerza de reacción. Se necesita un circuito cerrado para que fluya la corriente.

Answer 2

Para que la corriente fluya se necesita un camino cerrado y aquí como no hay un circuito completo la corriente no fluirá. Si el circuito está cerrado la corriente se produciría definitivamente lo que es directamente proporcional a la velocidad con la que se mueve el imán a través del solenoide. Cuanto mayor sea la velocidad mayor será la corriente

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Recuerde que sólo sería momentáneamente, por ejemplo, cuando se inicia el movimiento del imán hay un cambio en el flujo asociado por lo que la corriente es inducida, pero una vez que el imán se mueve con la misma velocidad no se induce corriente, de nuevo cuando se detiene el magent una corriente es inducida debido a la misma razón

Answer 3

Tienes dos respuestas a esta vieja pregunta diciendo que habrá un intercambio de momento si el solenoide forma parte de un circuito cerrado, como en el famoso demostración de imán en un tubo donde un cilindro hueco de cobre funciona como una serie de solenoides autoconectados de baja inductancia y baja resistencia. Evidentemente, si se enviara un imán a través de un tubo de cobre en el espacio libre, la energía perdida por el calentamiento por corrientes de Foucault tendría que proceder de la energía cinética del sistema combinado del imán, el tubo y el campo electromagnético, y se podrían utilizar las reglas ordinarias de las colisiones parcial o totalmente elásticas para calcular el momento final de las piezas.

Sus respuestas existentes también dicen que, si el solenoide no es parte de un circuito completo, como tener sus extremos desconectados, no fluirá corriente y no habrá ningún intercambio de momento entre el imán y el solenoide.

Sin embargo, eso sólo es aproximadamente correcto.

Supongamos que su solenoide es muy largo, puede describirlo como varios solenoides más pequeños conectados en serie, cada uno de los cuales sigue siendo mucho más largo que su imán.

--( ( ( ( ( ( (  5 L ( ( ( ( ( ( (---  one very long solenoid

--((L((--((L((--((L((--((L((--((L((--  several not-so-long solenoids

(I've never tried to make an ASCII inductor 
symbol before, but you get the idea.)

El enfoque del solenoide basado en un "elemento de circuito global" dice que, mientras el imán se mueve en un solenoide (digamos, el segundo, $L_2$ ), el flujo magnético en ese solenoide es constante, por lo que no se genera f.e.m. y no fluye corriente. Sin embargo, cuando el imán sale de $L_2$ y entra $L_3$ el flujo decreciente en $L_2$ genera una f.e.m. que produce una diferencia de potencial entre $L_1$ y $L_3$ . Del mismo modo, el flujo creciente en $L_3$ hace que ese subsolenoide genere una f.e.m. de signo contrario, de modo que ahora también hay una diferencia de potencial entre $L_2$ y $L_4$ . Estos dos f.e.m. son iguales y opuestos: un voltímetro del extremo más alejado de $L_1$ hasta el final de $L_5$ no mediría ningún signo de estos e.m.f.s. internos y anuladores.

Pero en un solenoide resistivo, estos interno Los cambios de tensión se mantienen gracias al movimiento de las cargas. Las cargas en movimiento en un medio resistivo generan calor, por lo que el viaje del imán a través del solenoide largo está sujeto al mismo tipo de fricción de corrientes parásitas que el viaje del imán a través del tubo de cobre, y encontrarías el movimiento final del solenoide largo utilizando las herramientas para colisiones parcialmente inelásticas.

En el límite en el que el solenoide es superconductor, el efecto de las corrientes de Foucault no roba energía, pero se impide que el imán entre o salga del solenoide: el flujo magnético total a través de un material superconductor es una constante, que tiene efectos interesantes . Si una "colisión" entre un imán en movimiento y el agujero vacío de un solenoide superconductor sería perfectamente elástica o no depende de una cuestión sobre la radiación electromagnética que queda fuera del alcance de esta respuesta. Pero parecería totalmente una colisión elástica: el imán rebotaría en el núcleo vacío del superconductor.

Para calcular cuánto El momento en que el imán se transfiere al solenoide, hay que hacer algunas suposiciones sobre la velocidad y la intensidad de campo del imán y la inductancia y la resistencia interna del solenoide por unidad de longitud. Sería un problema interesante para un estudiante de último curso de física.