3 Tesla

Sagen wir mal eine Person hält eine 1kg Hantel in der Hand und steht 1m von einem
3T-Magnetfeld entfernt, dessen Zentrum idealisiert punktförmig und auf eine mini-Kugel konzentriert sei.

Wie groß ist dann in etwa die Kraft, die die Person halten können müsste?

Wär sehr nett, wenn ihr das grob rechnen oder überschlagen könntet, dann könnte ich das nächste Woche in einem Referat über fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging) erzählen, um zu veranschaulichen, wie stark das Magnetfeld ist.

Danke!

Hallo!

Sagen wir mal eine Person hält eine 1kg Hantel in der Hand und
steht 1m von einem
3T-Magnetfeld entfernt, dessen Zentrum idealisiert punktförmig
und auf eine mini-Kugel konzentriert sei.

Wie groß ist dann in etwa die Kraft, die die Person halten
können müsste?

9,81 N. Das ist genau die Gewichtskraft der Hantel. Für die Anziehungskraft ist nämlich nicht entscheidend, wie stark das Feld an einem anderen Punkt ist, sondern wie stark das Feld vor Ort ist. (Auch das ist nicht ganz richtig: Da es keine magnetischen Monopole gibt, ist auch nicht die Feldstärke selbst entscheidend, sondern der Inhomogenität des Feldes).

Schließlich hat auch ein Magnetfeld kein „Zentrum“, wie man das von einem Coulomb-Feld sagen könnte. Auch das hängt damit zusammen, dass es keine magnetischen Monopole gibt.

Michael

Na das hilft mir ja weiter!

Mir gehts doch nicht darum, dass du hier angibst, dass du Bescheid weisst, sondern dass ich ein sinnvolles Ergebnis habe.

Wenn in meinem Text was inhaltlich nicht stimmt, hättest du dir das ja überlegen können, wie es wohl tatsächlich ist bei einem MRT-Scanner und das dann grob überschlagen können, statt so eine Nonsense-Antwort mit 9,81 zu geben!
Ehrlich mal, hast du auch nur ein mal über den Nutzwert deiner Nachricht nachgedacht?

Bestimmt hast du jetzt keine Lust mehr, aber vielleicht kann ja jemand der etwas umfassender denkt mal kurz einen Blick auf das Bild von so einem Scanner bei http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetresonanztomographie werfen und sich vorstellen wie stark wohl das Feld in 1m Abstand neben dem Scanner auf eine 1kg Hantel wirkt.
Wenn ihr das Bild seht, wisst ihr wahrscheinlich wie die Feldlinien verlaufen.
Falls diese 1kg-Hantel Sache zur Veranschaulichung der Stärke ungeeignet ist, wäre ich für Alternativen dankbar (z.B. 5g schwerer Ohrring im Inneren des Scanners).

Danke!

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Hi,

Mir gehts doch nicht darum, dass du hier angibst, dass du
Bescheid weisst, sondern dass ich ein sinnvolles Ergebnis
habe.

Dann erkläre uns mal, wo ein Magnetfeld ein Zentrum hat und wie man das auf einen Punkt konzentrieren kann. Vielleicht sind WIR dann schlauer.
Elektrische Ladungen können Punktquellen sein, magnetische Ladungen (also Monopole) gibts nicht. Darum hat ein Magnetfeld auch keine Quelle, die irgendetwas anzieht. Es läßt sich also nicht so ohne weiteres nur aus der Magnetfeldstärke berechnen, welche Kraft auf einen Körper wirkt.

Gruß
Torsten

Dann erkläre uns mal, wo ein Magnetfeld ein Zentrum hat und
wie man das auf einen Punkt konzentrieren kann.

Das ist eben falsch. Ich dachte, vielleicht kann man das vereinfach so annehmen.

Elektrische Ladungen können Punktquellen sein, magnetische
Ladungen (also Monopole) gibts nicht. Darum hat ein Magnetfeld
auch keine Quelle, die irgendetwas anzieht. Es läßt sich also
nicht so ohne weiteres nur aus der Magnetfeldstärke berechnen,
welche Kraft auf einen Körper wirkt.

http://universe-review.ca/I10-63-MRI.jpg

Um das „Static Magnetic Field“ dort geht es.
Welche Parameter braucht man noch, um dann z.B. die Kraft auf einen Ohrring im innern auchzurechnen?

Um das „Static Magnetic Field“ dort geht es.

Das sollte außerhalb der Anordnung sehr gering sein. Die 3 Tesla sind ja nur in dem Ring.

Welche Parameter braucht man noch, um dann z.B. die Kraft auf
einen Ohrring im innern auchzurechnen?

Die Form desselben z.B.; das Gewicht ist eher uninteressant, würde ich sagen. Wenn das Magnetische Feld im Innern der Anordnung recht homogen ist, wirkt auch keine Kraft auf den Körper. Und außerhalb sollte das Feld wie gesagt recht gering sein.

Gruß
Torsten

Um das „Static Magnetic Field“ dort geht es.

Das sollte außerhalb der Anordnung sehr gering sein. Die 3
Tesla sind ja nur in dem Ring.

Welche Parameter braucht man noch, um dann z.B. die Kraft auf
einen Ohrring im innern auchzurechnen?

Die Form desselben z.B.; das Gewicht ist eher uninteressant,
würde ich sagen. Wenn das Magnetische Feld im Innern der
Anordnung recht homogen ist, wirkt auch keine Kraft auf den
Körper.

Heisst das, ein länglicher Ohrring bspw. würde wie eine Kompassnadel entlang der Feldlinien ausgerichtet werden und dann entweder zu den Füßen oder zum Kopf der Person hin zeigen, er würde jedoch nicht irgendwo hingezogen werden?

Danke.

Hi Torsten,

Das sollte außerhalb der Anordnung sehr gering sein. Die 3
Tesla sind ja nur in dem Ring.

es ist nun rund 20 Jahre her, da hat ein Freund von mir über bildgebende Verfahren in der NMR promoviert. Die hatten etliche Geräte und einen Schauversuch. Ca. zwei Meter von einem (für damalige Verhältnisse starken) Magneten hatten die eine Kette befestigt und wenn man das Gerät anschaltete, schnellte die Kette hoch und war bretthart ausgerichtet.
An einem anderen Gerät ist dem Institutsdirektor folgendes passiert.
Er kam mit einem Regenschirm reinspaziert, der eine metallene Spitze hatte. Als das Gerät angeschaltet wurde, schoß der Schirm aus seiner Hand ins Gerät und hat es fast geschrottet.

Ist wie gesagt ca. 20 Jahre her, aber die Kräfte waren schon beeindruckend.

Gandalf

Hallo!

Mir gehts doch nicht darum, dass du hier angibst, dass du
Bescheid weisst, sondern dass ich ein sinnvolles Ergebnis
habe.

Hoppla! Ich hätte nie gedacht, dass meine Antwort eine derart emotionale Reaktion hervorruft.

Wenn in meinem Text was inhaltlich nicht stimmt, hättest du
dir das ja überlegen können, wie es wohl tatsächlich ist bei
einem MRT-Scanner und das dann grob überschlagen können, statt
so eine Nonsense-Antwort mit 9,81 zu geben!

Das war keine Nonsense-Antwort. Sie war nicht einmal ironisch.

Dass Du auf einen nmr-Scanner anspielst, habe ich schlicht und ergreifend überlesen. Könnte mit dem Titel Deines Postings zusammenhängen.

Ehrlich mal, hast du auch nur ein mal über den Nutzwert deiner
Nachricht nachgedacht?

Ja. Ich wollte Dir mitteilen (was mir offensichtlich nicht gelungen ist), dass man die Kraft auf die Hantel nicht so berechnen kann, wie Du Dir das vorstellst.

Ich kann Dir keine Antwort auf Deine Frage geben, aber ich versuche Dir nochmal zu erklären, warum ich das nicht kann:

  • Eine elektrische Ladung erfährt eine Kraft in Richtung der elektrischen Feldstärke. Dabei ist die Kraft einerseits proportional zur Feldstärke, andererseits zur Ladung. Um also die Kraft auf ein Elektron (oder eine andere bekannte Ladungsmenge auszurechnen), ist nicht viel Mathematik erforderlich.

  • Eine magnetische Ladung gibt es nicht. Folglich geht es hier anders.

  • Ein magnetischer Dipol (wenn Du so willst: Ein kleiner Stabmagnet mit Nord- und Südpol) wird in einem homogenen (d. h. vollkommen gleichmäßigen) Magnetfeld weder angezogen noch abgestoßen, sondern nur ausgerichtet, und zwar parallel zu den Feldlinien.

  • Eine anziehende oder abstoßende Kraft entsteht dadurch, dass - anschaulich gesprochen! - der Nordpol stärker angezogen wird als der Südpol abgestoßen wird. Entscheidend ist also nicht die Stärke des Magnetfeldes, sondern seine Ungleichmäßigkeit - seine Inhomogenität. Diese wäre bei einem elektrischen Feld einer Punktladung sehr leicht zu berechnen, weil die Feldlinien geradlinig von der Ladung weg führen. Wie Du aber bestimmt weißt, sind die Feldlinien eines Magnetfelds in aller Regel ziemlich merkwürdig geformte Schleifen.

  • Zu allem Übel ist eine Eisenhantel kein magnetischer Dipol, sondern ein Stück Materie, dessen Atome sich als Dipole in einem äußeren Feld ausrichten können, und zwar abhängig davon, wie das äußere Magnetfeld und die Wechselwirkung mit den Nachbaratomen aussehen. Ihre Dipolmomente addieren sich dann irgendwie.

So. Um diese Kraft ausrechnen zu können, fehlen mir also ganz wichtige Daten (genauer Verlauf der Feldlinien, Form und Orientierung der Hantel, …) und, um ehrlich zu sein, auch die Fähigkeiten.

Vielleicht hättest Du Deine Frage etwas anders formulieren können, denn hättest Du eine andere Antwort gekriegt, die Dir vielleicht nicht so schnell in den falschen Hals geraten wäre. Sorry dafür.

Michael

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Heisst das, ein länglicher Ohrring bspw. würde wie eine
Kompassnadel entlang der Feldlinien ausgerichtet werden und
dann entweder zu den Füßen oder zum Kopf der Person hin
zeigen, er würde jedoch nicht irgendwo hingezogen werden?

Genau, wenn der Ohrring maghetisch ist auf feden Fall.
Das Magnetfeld außerhalb des Gerätes ist schwer abzuschätzen, weil es auch sehr stark von der Konstruktion abhängt. Eigentlich sollte es bei einer vernünftigen Abschirmung recht gering sein.

Gruß
Torsten