Faraday vs. Kirchoff (Lewin vs. ElectroBOOM)

[MadModder]

Det är väl klart att V6 t.o.m. V9 blir noll. På Mätaren! Då sladdarna löper helt parallellt tillsammans med kretsen och det inte finns några resistanser på vägen i kretsen är det precis samma sak som att ansluta båda mätsladdar till samma punkt på ena sidan och kortsluta mätaren.

[edit]
Eller varför inte kortsluta direkt på mätaren och dra ner en enda tråd till valfri punkt i kretsen. Samma resultat.

[E Kafeman]

>Fig B. Både V6 och V7 är 0 V. Det blev lite trångt på bilden, men mätsladdarna går alltså genom mitten på toroiderna.

Förmodar att streckade linjerna markerar mätsladdar där det finns en tänkt voltmätare någonstans utefter linjen.

Nej det är det inte 0V mellan dessa punkter. Se transformatorn igen så borde det vara rimligt svårt att inse.
Det enda som ändrats mot tidigare är hur du drar mätsladdarna, vilket givetvis inte påverkar faktiska spänningen.

Eftersom man adderar samma fält i mätsladdarna som det man mäter på blir det ingen spänning uppmätt.
Ersätt fälten med en vanlig transformator eller kan vanliga DC-batterier duga för ögonblicksbilden för att kunna lättare se vad man mäter på.
Det är knappast någon jättehöjd av elektronikkunskaper som behövs.
Visst kan man tillfälligt bli lurad om man inte noterar när mätsladdarna dras fram och tillbaka genom fält. Det är ju hela grejen med Lewins presentation.

I detta fallet ger fältpåverkan en spänning mellan två mätpunkter.
Denna spänning mäts genom att mätinstumentets kabel utsätts för samma fält.
Netto-resultatet vid instrumentet är 0 Volt, beroende på en meningslös felaktigt utförd mätuppställning.

>Fig C. V8 är 0 V.
Samma problem som föregående. Man mäter 0 Volt men mätningen är är utan värde.

>Fig D. V9 är 0 V.
Vet inte om fältsymbol fattas men det blir oavsett ingen uppmätt spänningsskillnad mellan punkterna.

[MadModder]

Varför ska man dra mätsladdarna på alla möjliga konstiga sätt hit och dit? På det viset får man ALDRIG mätarna att visa vad det är för spänningar i kretsen.

[idiotdea]

Okej, då har vi alltså hittat var våra åsikter går isär.

>Förmodar att streckade linjerna markerar mätsladdar där det finns en tänkt voltmätare någonstans utefter linjen.
Exakt.

>Nej det är det inte 0V mellan dessa punkter. Se transformatorn igen så borde det vara rimligt svårt att inse.
Mäter jag mellan punkt 7 och 8 i din modifierade bild så innesluter mätslingan ett varierande magnetfält, och då uppmäter man förstås en spänning. Inget konstigt med det.

>Eftersom man adderar samma fält i mätsladdarna som det man mäter på blir det ingen spänning uppmätt.
Det finns inget varierande magnetfält i mätkretsen V6 eller V7, varken genom slingan eller ens så att det skulle tangera någon av ledarna. Magnetfältet är helt inneslutet i toroiderna. Varför skulle det då induceras en spänning i sladdarna? Om vi helt tar bort toroiderna, induceras det ändå en spänning? Magnetfältet är lika 0 där i också i det fallet.

>Vet inte om fältsymbol fattas men det blir oavsett ingen uppmätt spänningsskillnad mellan punkterna.
Nej, det var bortlämnad med vett och vilja. Bild D motsvarar alltså Lewins experiment. Toroiderna är här "utbytta" mot en ideal solenoid (likformigt magnetfält inne i solenoiden och noll utanför).

Jag gjorde en ny bild som i princip är samma som B2, men lite tydligare. Den är samtidigt ett mellansteg från billd B till C.

Om det nu är så att det induceras en spänning i huvudslingan (sekundären om man så vill), VAR är det då spänningen induceras? Endast mellan vänstra och högra kanterna på solenoiderna, eller jämnt fördelat över hela övre ledaren, eller jämnt fördelat över hela slingan?

fig_b2.png

[MadModder]

Varför har du ens ritat ut torroiderna om det inte finns några magnetfält utanför?
Det är klart det finns magnetfält runt. Hur tycker du annars torroidtransformatorer ska fungera? Eller strömtransformatorer där det bara går en ledare spikrakt genom mitten utan att någonsin göra en loop runt? Det induceras i ledaren mitt genom torroiderna så långt magnetfältet är tillräckligt starkt.

[E Kafeman]

Problematiken med mätkabelns roll i det hela påminner en del om vad man försöker påpeka med nedan bild.

CT-on-cable.jpg

[idiotdea]

>Varför har du ens ritat ut torroiderna om det inte finns några magnetfält utanför?
För att det ändrande magnetfältet inne i toroiden påverkar det elektriska fältet utanför toroiden. Visst, en liten del av magnetfältet läcker ut. Detta kan jämföras med den försumbara ledningsresistansen som vi har diskuterat tidigare. Det är alltså inte detta lilla läckfält som ger upphov till den inducerade spänningen.

Generellt sett så har man inte mycket användning av en toroidtransformator eller en strömtransformator med öppen sekundär. Genast när man gör en sluten krets av sekundären så innefattar denna slinga det varierande magnetfältet i toroiden.

Jag behöver kanske ännu förtydliga föregående stycke med hänsyn till Faradays lag. Faradays lag säger att det induceras en spänning oberoende av om slingan är sluten eller ej. Tänker man sig en cirkulär slinga med ett litet avbrott så kommer det att finnas ett elektriskt fält i luften mellan ändorna, men elektriska fältet i själva ledaren är noll.


Jag börjar också fundera på ifall vi diskuterar två sidor av samma mynt. Tvetydigheten om definitionen av spänning kan mycket väl vara en orsak till detta. Läser man på t.ex. Wikipedia så blandas det hejvilt med definitionerna. Jag tror också att det skulle vara mycket upplysande att se en bild på elektriska och magnetiska fälten på t.ex. tankeexemplet med en slinga med ett litet avbrott i, enligt ovan.

Edit: Jag kollade just i University Physics av Harris Benson, och "voltage" finns inte med i registret, och inte heller såg jag det i själva texten när jag snabbt bläddrade igenom de relevanta delarna.

[Nerre]

Det finns en hel del villkor för att Faradays lag ska gälla, det står rätt mycket om detta på wikipedia-sidan.
https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday%2 ... _induction

[MadModder]

Hmm... Hur varierar du förresten magnetfältet i toroiderna? (det blev ett R för mycket tidigare... )
Normalt är där en spole lindad runt hela toroiden, och det är ju fälten från spolen som strålar utåt, inte det som finns inuti toroidens kärna.

660px-Magnetic_Vector_Potential_Circular_Toroid[1].png

[idiotdea]

Jag har nu läst igenom delar av artiken skriven av McDonald igen, och har blivit mer säker på att definitionen av spänning är en stor del av det som ställer till det.

>Det finns en hel del villkor för att Faradays lag ska gälla
Är det något speciellt du tycker att inte uppfylls i detta experiment?

>Hmm... Hur varierar du förresten magnetfältet i toroiderna?
Genom att variera strömmen i primärlindningen.

Bilden du bifogade understryker mitt tidigare påstående att magnetfältet utanför solenoiden är noll. Det står skrivet B = 0 lite här som var utanför solenoiden, och B != 0 inne i solenoiden. A-fältet som är ritat med röda streck är relaterat till magnetfältet B, men det är absolut inte samma sak.

[E Kafeman]

>Jag tror också att det skulle vara mycket upplysande att se en bild på elektriska och magnetiska fälten på t.ex. tankeexemplet med en slinga med ett litet avbrott i, enligt ovan.

Elektrisk fältstyrka ska inte förväxlas med elektriskt uppmätbar spänning. Inte ens samma enhet.

Magnetiska fältet kan vi glömma i en ledare med avbrott, då det per definition av avbrott inte flyter någon ström.

Elektriska fältet i (inuti) en ledare, avbrott eller ej, är noll då den självskärmar sej från andra potentialer i omgivningen.
Det är inte helt sant när det handlar om högre frekvenser där elektrisk fält kan mätas inuti en ledare pga speciella skin-effekter men saknar betydelse här och hör till undantagen.

Elektriska fält (V/m) uppstår bara i relation till andra potentialer. Därav att de fördelar sej olika utefter en ledare beroende på vad som finns i ledarens närhet.
Elektrisk spänning (Volt) är vad vi mäter som potentialskillnad mellan två punkter.

Som exempel på ett avbrott i en ledare, antag en kondensator med luft som dielektrika , typ öppen platt-kondensator. Dess till-ledare liksom plattor kan ha en elektrisk potential relativt den andra plattan och dess till-ledare.
Potentialen är mätbar och kvantifierbar som egenskap.
Vill man mäta spänningen mellan en platta och dess till-ledare så är den noll, men sådan spänningslöshet är något Lewin får ägna sej åt.
Hur fält-spänningen, som utgår från plattan och dess till-ledare fördelar sej i luften är ett 3D-fenomen men man kan betrakta ett 2D tvärsnitt på detta vis:

Cfield.png

Den elektriska potentialen i samma 2D-fält kan fördela sej så här, med antaget 1 Volt skillnad mellan ledarna och med noll volt ansatt till den nedre ledaren:

Cpot.png

[idiotdea]

Tack för bilderna. Har du simulerat fram dem själv? Och har du i så fall möjlighet att göra simuleringar var magnetfältet ändras linjärt med tiden? Du förstås helt rätt att det inte är så intressant att se magnetfältet i en ledare utan ström. Inte heller i en solenoid, eftersom magnetfältet där är mer eller mindre likformigt.

>Elektrisk spänning (Volt) är vad vi mäter som potentialskillnad mellan två punkter.
Ok, men en liten kommentar är att det verkar bättre att lämna bort "mäter" ur den meningen. Alltså "Elektrisk spänning är skillnaden i potential mellan två punkter". Skillnaden är fin, men detta tar alltså bort möjlig tvetydighet om att spänningen mellan två punkter är beroede av hur man mäter.

Min uppfattning var att spänning är linjeintegralen av elektriska fältet från punkt a till b. Med andra ord, första termen är lika med sista termen i urklippet från Wikipedia nedanför. Men detta gäller endast så länge det inte finns ändrande magnetiska fält med i bilden.

ambiguous_voltage.png

De två följande klippen kommer från Walters "papper"

line_integral1.png

line_integral2.png

Det är nog betydligt klarare om man inte kallar linjeintegralen för en spänning, och där får jag nog "uppdatera mig själv".

Det börjar faktiskt luta mot att jag också håller med om att Lewins experiment är missvisande.

Lewin har nu också kommit med ett svar. Jag har inte ännu sett hela, men åtminstone baserat på början av videon kommer det inte att bli mycket klarare av den.
https://youtu.be/AQqYs6O2MPw

[E Kafeman]

Lewins senaste video har jag nu sett. En fantastisk insiktfull och pedagogisk video.

De första 18 min av videon ägnas åt olika varianter av formuleringen att "Farraday är alltid rätt".
I 18:e minuten trodde jag det skulle bli "DEN STORA FÖRKLARINGEN" när han la till en voltmätare i kretsen han ritat men kopplingen var sådan att problemet med olika inducerade fält i mätslingan inte ingick i mätuppställningen.
Smart gjort av den där Lewin men videon tappar helt sin anledning, att förklara mätresultaten från föreläsningen.
Resten av videon:
- Vi uppmanas se Lewins 95 youtube-filmer, för bättre förstå hans kunnande.
- All världens fysikböcker är fel, bara Lewin förstår att rätt tolka Farradays lag!
- Den som inte tror på honom kommer han inte att bry sej om.
- Han ska förklara mer om Farraday i en kommande video.

Videons innehåll var precis vad man kunde förvänta sej.
Inget faktafel från min synvinkel men det fanns inte heller något direkt innehåll, om man nu redan kan beräkna ström genom en ideal spole över tid.

Passar på att förtydliga varför jag har svårt för sådan mätteknik med lite
egenreklam//

Mätteknik är viktig del av min vardag. Det är nästan allt faktiskt. Ofta är det riggandet av mätningen på rätt sätt som tar timmar av uppställning och kalibrering. Själva mätningen är gjord på sekunder.
Lewins rökridåer är därför sådant som jag inte önskar föreläsare på universitet ägnar sej åt.
Det är ok att påvisar att mät-resultat är beroende på hur mätuppställningen ser ut och även förklarar varför och hur man korrigerar det.

Själv simulerar och beräknar jag och tillverkar prototyper av antenner och RF-steg sedan 20 år. Det inkluderar öppna, matchade eller kortslutna loopar i GHz-området i besvärliga RF-miljöer. Sådan miljö är t.ex. inuti människokroppen. Har designat antenner för de flesta av marknadens cam-pills/insulinpumpar/pacemakers. Det mesta är beviljade patent då det är unika designlösningar, främst vad gäller antenn-effektivitet och förmåga att hantera varierande miljöer.
Främsta anledningen att jag spårat in på svåra antenn-miljöer är att jag som fristående konsult får ta de jobb anställda RF-tekniker är mindre intresserade av.
DC är jag mer okunnig på. .

Elektriskt små loopar är beskedliga att mäta på vad gäller mätkablagets inverkan. (Eddy-strömmar förklaras i en annan video ).
Det är betydligt vanligare med mätproblem för monopol-strukturer där halva antennen består av en osynlig spegling i jordplanet. Att jorda mät-koaxialkabeln i en "het" del av jordplanet, dvs i en del av den speglade antenns strömmar, eller att placera mätkablaget så att det påverkar jordplanet/antennens utsträckning och man får Lewinska resultat.
Lewins mätuppställning är sandlåde-nivå i svårighetsgrad anser jag, men det beror på att jag dagligen gör mer kvalificerade mätningar.

Har ibland kurser för RF-tekniker i den svåra konsten att mäta rätt med en nätverkare och säljer egenproducerade programvaror för speciella RF-tillämpningar till de mätlab världen över som sysslar med små inbyggda antenner och krävande RF-filter.

Simuleringsprogram skriver jag inte själv.
Däremot så skriver jag mätprogram för olika mätuppställningar.
Dessa baseras till stor del på alternativa mindre rumsrena beräkningsmetoder för att få ned process-tiden från typiskt minuter till live direkt presentation av mätresultat, utan att offra nämnvärt praktisk mätnoggrannhet.
Exempelvis kan programmet hämta data direkt från nätverkaren och direkt vid labbänk ge ett värde på antenn-effektivitet utan att vänta på resultat från mätkammare, vilket reducerar cykeltiden från en halvtimme till en tiondels sekund.
Kan också dynamiskt beräkna optimala bredbandiga matchningsnätverk för en given S11-kurva upp till 10 ggr per sekund på en typiskt snabb dator.
Det medger att man kan forma en antenn och kontinuerligt vid labbänk och under tiden se när matchningsnätverk och antenn ger den bästa kombinations-effekten för ett önskat resultat med avseende på effektivitet och bandbredd. Både val av komponenter och topologi sker automatiskt baserat på S-parametrar för aktuella komponenttypen då det t.ex. kan vara stor skillnad mellan olika fabrikanters induktanser trots liknande teknik och SMD storlek för samma värde.

En god mättekniker är lat och vill göra rätt i första försöket för minsta mängd jobb. Latheten gäller även mej. Har därför mha programvara minskat tiden för typiska utvecklingssteg med mer än en faktor 10 samtidigt som kvaliteten på arbetet ökat. Perfekt om man är lat.

Som slutkläm kan mätprogrammet skapa en mätrapport som inkluderar BOM med artikelnummer för matchningskomponenter mm.
Rapportering är nödvändig del av utvecklingsjobb men ville ha det så bekvämt som möjligt. Ett enda knapptryck är det enda som behövs för att producera rapporten inklusive antenn-mätdata i önskat format eller åtminstone stommen till rapporten som sedan kan klistas in i annat dokument. Det har även fördelen att det är lätt att dokumentera steg i utvecklingsjobbet, ifall man skulle behöva backa eller förstå vad som hände vid en senare tidpunkt.
De flesta nätverkar är inte behändiga när det kommer till att spara ned olika mätsteg. Bara namna sparade filen på bra sätt tar tid då man ofta skriver med piltangenter.
Fyllig kommentering inuti filen är inte att tänka på.
Det blir då som att inte kommentera egen programmering om det är jobbigt att skriva längre text. Man tänker "det där kommer jag ihåg", men ett halvår senare när koden ska revideras stirrar man oförstående på sina egna kodrader och förstår inte alls vad som sker för att man var undvek tydlig kommentering.

Mycket om mätning men poängen är att det är lätt att göra rätt om man vet hur och varför. Har man en föreläsare som inte kan förklara den egna uppställning med annat än mantran så är det mer en religiös föreställning.

Tillskrivet Albert Einstein: “If you can't explain it simply, you don't understand it well enough.”
//Reklam slut

I GHz-området är det ett stort problem med att mätkablar skapar mätproblem om man inte tänker sej för.
Att simulering och mätuppställning ger korrekta resultat är ett villkor som kan verifieras genom att man mäter antenn-systemets utstrålade energi och direktivitet utan mätkablar i ekofattig kammare. Vill det sej väl så överensstämmer mätkammarens resultat med teorin och tidigare mätsteg.

Att använda bra mätuppställning är en bit på vägen att mäta rätt.
Vad som är rätt mätmetod är inte alltid intuitivt och få förstår det, som Lewins skulle sagt, men till skillnad från honom så skapar jag inte rökridåer eller förklara mätningen med att Farraday alltid har rätt. Ohms lag är också någorlunda rätt men det finns tusen sätt att felmäta, i synnerhet i tidsvariabla reaktiva kretsar om man inte med mätinstrumentet på rätt sätt kan mäta fasvektorer utan att mätningen i sej påverkar resultatet.

Det hade varit helt ok om Lewin sagt att det han visade påvisade betydelsen av mätkablagets förläggning för att mäta på ett korrekt sätt.
Jag gör så vid min utbildning av andra, påvisar praktiskt konsekvenserna och hur man kan se att något är fel uppställt i mätningen genom att demonstrera både felaktiga och bättre metoder.

Har lärt mej mycket den hårda vägen. Har gjort i princip alla mätfel som är möjliga, har läst om andras mätproblematik inom RF och utvärderat egna mätningar tills man har bättre kontroll över vad som mäts. Det kostar initialt mycket tid att analysera när egen teori inte stämmer med praktiska mätvärden men man vinner rätt snart tillbaka den tiden.
Mindre mätfel och toleranser är oundvikliga men det gör inte så mycket så länge man vet att egna brister är av marginell betydelse för slutresultatet.
Som RF-tekniker har man inte tid att ha dålig mätmetodik som leder till fel dimensionering och dåligt slutresultat. Vid en ofta hårt begränsad projekttid måste man mäta rätt i första försöket alternativt kommer man för alltid få kämpa i motvind för att designa en mindre god lösning på för kort tid.
Problemet finns inom de flesta yrken. Ska man baka en tårta och varje gång startar i fel ände på receptet så blir allt lite besvärligare och tårtan kommer bli mindre optimal.

När jag avslutade min utbildning inom skolans ramar hade jag aldrig som en del i skolutbildning mätt på ett kretskort. Det var spikbrädor och avo-meter som gällde vid labbar och ideala komponenter förutsattes. Det var iofs på Hedenös tid så möjligt att man moderniserat en del.
EMC-problematik i samband med digitala kretsar, var två timmar på universitetet. Den föreläsningen överlät läraren till mej att hålla.
Ingen uppföljning med praktisk mätning och för studenterna jag föreläste för var olika kretstypers ttl/cmos beteckningar hieroglyfer som de aldrig sett.

Sådan bristande praktisk mäterfarenhet gör att studenterna får svårare att kritiskt se om vad Lewin sysslar med.
Är mätresultatet ett resultat av mätobjektet eller mätmetoden?
Det är tveksamt om någon student kände sej mer upplyst efter den typen av föreläsning.
Ser inte att Lewin har någon verklig önskan att skapa förståelse eller lära ut något utan det är mer ett sätt att bygga på eget ego, bara han som förstår.

Inga fysik-professorer och numera inte heller en enda fysikbok förstår det han ensam har insikt i.

Vi får ge oss till tåls till nästa video där han lovat lyfta oss alla till en högre nivå av tro.
Eller näst nästa video.
Halleluja.

[ghu]

Jag ser bara ett fel i det Lewin påstår och det är att inga andra fysiker förstår vad han pratar om.
Jag skulle vilja säga tvärtom. Alla fysiker hävdar att Kirchoffs spänningslag inte gäller vid varierande B-fält.

Alla som inte håller med Lewin pratar i kretsteoretiska termer istället för i fältteoretiska termer:
D v s man använder begreppen Induktans, transformatorer och liknande "lumped elements" (kretselement).
När man gör detta så befinner man sig på en högre abstraktionsnivå som inte beskriver verkligheten lika bra som ett fältteoretiskt resonemang.

Bifogat finns ett försök att koppla ihop fältteori och kretsteori samt en utmaning att bevisa att Lewin har fel.
Det räcker med att göra 2 mätningar för att bevisa att han har fel.

[E Kafeman]

>Jag ser bara ett fel i det Lewin påstår och det är att inga andra fysiker förstår vad han pratar om.
>Jag skulle vilja säga tvärtom. Alla fysiker hävdar att Kirchoffs spänningslag inte gäller vid varierande B-fält.

Det är inte vad han säjer. Kirchhoff berörs inte. Det är Farradays lag som Lewin är ensam om att ha insikt om.
Han påstår att alla andra som skrivit om Farradays lag har feltolkat den.
Påstås bl.a här:

Lewins föreläsning, den praktiska demonstrationen är inte svår att verifiera som korrekt om man inkluderar mätsladdarna.
Det är det enda som skiljer mellan de bägge mätningarna, mätsladdarnas placering.
Vilken lag de faller under, så som vid demonstrationen är av mindre vikt.

>Alla som inte håller med Lewin pratar i kretsteoretiska termer istället för i fältteoretiska termer:
Feltolkat.
Problemet är att Lewin pratar ett fältteoretiskt exempel vid sin föreläsning och samtidigt demonstrerar ett annat genom att undertrycka att det är mätmetodiken som ger skillnaden genom att inte ta med mätslingans betydelse.
Han påstår att förbindande kablar mellan motstånden kan utelämnas utan att något påverkas, samtidigt är det dessa som är lindade runt en spole som pumpar runt ström i slingan vid experimentet.
Det blir en bedräglig demonstration.
Behövs kabelstumparna för att bevisa krets eller fält-teorin? De behövs tydligen i Lewins exempel för att demonstrera Farradays lag?

Utlämnas dessa kablar och motstånden har liten utsträckning i magnetfältet så kommer automatiskt mätfelet bortfalla.