ein neuer Anlaufversuch

kelloggs · Anmeldungsdatum: 08.06.2014 Beiträge: 244

Hallo Physikboard Team,

ich möchte mit diesem Thread eine Diskussions- bzw. Argumentationsgrundlage schaffen, die der klassischen Physik gerecht wird in Bezug auf die Dynamik von bewegten Ladungen. Da ich immer Probleme mit den mathematischen Betrachtungen dieser Vorgänge habe greife ich extensiv auf grafische Mittel zurück um sie mir auf diese Weise verständlich zu machen. Es wird das Magnetfeld von bewegten Ladungen sowie die Änderungen, die im Raum dabei auftreten, grafisch festgehalten. Ich hoffe das ich damit eine Grundlage schaffen kann mit der sich später argumentieren lässt und mit der man als Physiker einverstanden ist.

Ich wählte folgendes Szenario: Eine einzelne Punktladung befindet sich in einem leeren Raum (Vakuum). Diese bewegt sich mit konstanter, "klassischer" Geschwindigkeit (keine SRT oder normale; Einsteinfreie Geschwindigkeit) in eine Richtung. Ich beobachte dabei ruhende, fixe Punkte im Raum und dokumentiere die Änderungen, die diese Raumpunkte erfahren vor und nachdem die Punktladung eine Positionsänderung gemacht hat. Weil die Raumpunkte unweigerlich eine Änderung erfahren erzeugen diese eine "Reaktion" (laut den Maxwell-Gleichungen) und diese Reaktionen werden ebenfalls grafisch eingezeichnet.
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Bild 1: http://www.bilder-upload.eu/upload/eea388-1436196624.png

ich wähle einen Startpunkt für die postive Punktladung

Bild 2: http://www.bilder-upload.eu/upload/529b57-1436196678.png

ich wähle symetrisch angeordnete Beobachtungspunkte (4 insgesamt)

Bild 3: http://www.bilder-upload.eu/upload/c43fa8-1436196746.png

ich gebe die Entfernungen der Beobachtungspunkte zu meiner Ladung an

Bild 4: http://www.bilder-upload.eu/upload/990b7d-1436196852.png

ich berechne und zeichne die aktuellen Magnetfeldvektoren in meine Beobachtungspunkte ein (weiße Pfeile). Für die Ausrichtung der Vektoren habe ich die rechte Hand verwendet (Daumen zeigt in Bewegungsrichtung der Ladung/gekrümmte Finger in Feldrichtung)

Bild 5: http://www.bilder-upload.eu/upload/2d0fee-1436197320.png

ich lasse die Ladung eine Distanz zurücklegen (20mm in 0,02sek)

Bild 6: http://www.bilder-upload.eu/upload/734fbb-1436197564.png

ich wiederhole die vorherigen Schritte und zeichne die neuen Magnetfeldvektoren in die Beobachtungspunkte ein (gelbe Pfeile)

Bild 7: http://www.bilder-upload.eu/upload/b3b5d4-1436197775.png

ich überlagere die Magnetfeldvektoren vor und nach der Verschiebung der Ladung in den Beobachtungspunkten

Bild 8: http://www.bilder-upload.eu/upload/06bf88-1436197893.png

ich zeichne "Differenz" Vektoren ein (roter Pfeil), die die Änderung des Magnetfeldes in den Beobachtungspunkten darstellen (Ausrichtung ist immer von weißer zu gelber Vektorpfeilspitze für den jeweiligen Beobachtungspunkt)

Bild 9: http://www.bilder-upload.eu/upload/eeb31b-1436198344.png

ich verschiebe die "Feldänderungsvektoren" in ihre respektiven Beobachtungspunkte. Im nächsten Schritt wird sich nun zeigen ob ich das Konzept der klassichen Elektrodynamik für dieses Beispiel verstanden habe

Bild 10: http://www.bilder-upload.eu/upload/f6a097-1436198541.png

Die Beobachtungspunkte bzw. die Punkte im Raum reagieren laut den Maxwell-Gleichungen (Induktionsgesetz) auf diese Magnetfeldänderung und erzeugen ihrerseits ein konzentrisches, elektrisches Feld oder auch Wirbelfeld genannt. Ich finde dieses Konzept faszinierend weil ich es erst vor kurzem für mich entdeckt habe. Eine Eigenschaft, die das elektrische Wirbelfeld noch außergewöhnlicher macht ist, das es weder Quellen noch Senken besitzt. Es scheint sozusagen ein Magnetfeld zu imitieren. Ich kann mit der Induktionsgesetz Formel elektrische Felder berechnen welche von meinen Beobachtungspunkten ausgehen und dessen Wirkungsbereich sich bis zum aktuellen Raumpunkt meiner bewegten Ladung ausdehnt. Die Ausrichtung dieses E-Feldes wird diesmal mit der linken Hand festgelegt (Daumen zeigt in M-Feldänderung/gekrümmte Finger in E-Feldrichtung). Ich erhalte ausgehend von den 2 rechts gelegenen Beobachtungspunkten ein E-Feld von jeweils 3,19E-5 V/m im Raumpunkt der bewegten Ladung (2x 3,19E-5 V/m insgesamt).

Bild 11: http://www.bilder-upload.eu/upload/8820da-1436199934.png

Die Ausrichtung der Magnetfeldänderungsvektoren in den 2 links gelegenen Beobachtungspunkten bewirkt das sich die resultierenden, elektrischen Wirbelfelder umdrehen. Durch die gegenüberliegenden Beobachtungspunkte wird der "senkrechte" E-Feldanteil eliminiert. Es bleiben nur die waagrechten Feldkomponeten (2x 2,75E-5 V/m) im Raumpunkt der Ladung übrig.

Bild 12: http://www.bilder-upload.eu/upload/e12eb7-1436207955.png

Ich habe also ausgehend von meinen Beobachtungspunkten alle elektrischen Wirbelfelder berechnet, die in der aktuellen Postion der (bewegten) Punktladung wirken würden. Der resultierende E-Feldvektor im Raumpunkt der Ladung ist also entweder gleichgerichtet zum Geschwindigkeitssvektor der Ladung oder um 180° verdreht. Im gezeigten Beispiel ist das Ergebnis 8,8E-6 V/m und dieser Vektor ist entgegengerichtet zum Geschwindigkeitsvektor der Ladung (den ich eigentlich nie eingezeichnet habe aber ich denke es ist verständlich, wie er ausgerichtet ist).

Tja, das ist der aktuelle Stand meiner Bemühungen der letzten Wochen. Es macht sozusagen den Eindruck als ob "der Raum" eine Art Gedächtnis hat. Raumpunkte, auf die die Ladung "zufliegt" üben eine bremsende Kraft auf die Ladung aus während Raumpunkte von denen die Ladung sich entfernt, ihr einen Schubs geben wollen und das passiert in Form der Wirbelfelder. War diese Vorstellung eine gültige Erklärung der klassischen Physik und kann ich damit später argumentieren wenn ich eine weitere "Vorrichtung" präsentieren will?

Ich hoffe das ich diesmal die notwendigen Grundkenntnisse gezeigt habe.

MfG David