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Bewegte Ladungen erzeugen Magnetfeld
 
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Sonne1001001
Gast





Beitrag Sonne1001001 Verfasst am: 27. Feb 2012 18:58    Titel: Bewegte Ladungen erzeugen Magnetfeld Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Warum erzeugen bewegte Ladungen ein Magnetfeld, während ruhende Ladungen nur ein elektrosches Feld besitzen? Hat es was mit Einstein zu tun?


Meine Ideen:
Wenn es nicht zu viel verlangt wäre, dann bitte keine Erklärung mit viel Mathematik.
Dankeschön!
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 27. Feb 2012 21:49    Titel: Antworten mit Zitat

Ein sich bewegendes Elektron entspricht einem elektrischen Strom; dieser ist immer von einem Magnetfeld umgeben. Die eigtl. Erklärung funktioniert m.E. nicht ganz ohne Mathematik

http://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 27. Feb 2012 23:19    Titel: Antworten mit Zitat

Auch ohne Formel wird es am Anfang gehen.

Ich denke es ist wichtig zu erwähnen die Zusammenhänge zw. el. und magn. Felder. Um eine Ladung entsteht nicht nur ein Magnetfeld, auch ihr El Feld verändert sich. Wenn ein Beobachter auf zwei gleichnahmige und abstoßende Ladungen zufliegt, dann registriert dieser Beobachter entstehende Magnetfelder die diese Ladungen zusammenbringen wollen, also muss eine Kompensation durch die Zunahme der abstoßender Kraft statfinden. Die Ladung verkürzt sich in die Längstrichtung, bildlich gesehen ihre el. Linien rücken zusammen, verdichten sich. Die Anziehung durch magn. Felder wird ausgeglichen.

Interessanter ist andere Fall:
Liegen die gleichnamige Ladungen für den Beobachter hintereinander, dann
nähern sie sich für den bewegten Beobachter einander, da muss eine zusätzliche Kraft die Ladungen ausenander treiben( die Abstoßung ist proporzional Quotienten des Quadrat des Abstandes). Die zusätzliche Kraft kann nicht el. Natur sein(sichtbare Querschnit der Ladung hängt nicht von der Geschwindigkeit ab), also werden magn. Felder diese Ladungen aus der Sicht des Beobachters auseinander drücken um die ursprüngliche Abstoßungskraft wiederherzustellen.

Übrigends diese Überlegung führt zu der Annahme, dass sehr starke Ströme allein durch die Magnetfelder die Leitungen in Stücke reißen können.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Feb 2012 06:30    Titel: Antworten mit Zitat

D2, du versuchst mit der Lorentz-Transformation elektromagnetischer Felder zu argumentieren; ich finde nicht, dass es dadurch einfacher oder anschaulicher wird. Die Elektrodynamik ist natürlich mit der RT verträglich, wurde aber vor ihr entdeckt.
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Sonne1001001
Gast





Beitrag Sonne1001001 Verfasst am: 28. Feb 2012 07:50    Titel: Antworten mit Zitat

In Wikipedia steht folgendes:

"Einfaches Beispiel: Ein mit konstanter Geschwindigkeit fliegendes, geladenes Teilchen ist von einem elektrischen und einem magnetischen Feld umgeben. Ein mit gleicher Geschwindigkeit fliegendes, gleichgeladenes Teilchen erfährt durch das elektrische Feld des ersten Teilchens eine abstoßende Kraft, da sich gleichnamige Ladungen gegenseitig abstoßen; gleichzeitig erfährt es durch dessen Magnetfeld eine anziehende Lorentzkraft, die die Abstoßung teilweise kompensiert. Bei Lichtgeschwindigkeit wäre diese Kompensation vollständig. In dem Inertialsystem, in dem beide Teilchen ruhen, gibt es kein magnetisches Feld und damit keine Lorentzkraft. Dort wirkt nur die abstoßende Coulombkraft, so dass das Teilchen stärker beschleunigt wird, als im ursprünglichen Bezugssystem, in dem sich beide Ladungen bewegen. Dies widerspricht der newtonschen Physik, bei der die Beschleunigung nicht vom Bezugssystem abhängt."

Das heißt also, dass man das Auftreten eines magnetischen Feldes nur als Folge der Zeitdilatation und Längenkontraktion verstehen kann?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Feb 2012 08:11    Titel: Antworten mit Zitat

Sonne1001001 hat Folgendes geschrieben:
Das heißt also, dass man das Auftreten eines magnetischen Feldes nur als Folge der Zeitdilatation und Längenkontraktion verstehen kann?

Jein.

Man kann die Maxwellsche Theorie so interpretieren, dass bewegte Ladungen (Ströme) Quellen von Magnetfeldern darstellen. D.h. ein bewegtes, geladenes Teilchen verursacht neben dem elektrischen auch ein magnetisches Feld. Diese Formulierung der Elektrodyamik spiegelt sich direkt in den Maxwellschen Gleichungen (sowie den partiell früher bekannten Erkenntnissen) wieder.

Nun kann man aber auch die Relativitätstheorie bemühen. Dabei stellt man zunächst fest, dass ein ruhendes geladenes Teilchen kein Magnetfeld sondern ausschließlich ein elektrisches Feld erzeugt (klar). Setzt man sich nun selbst bzgl. des Teoilchens in Bewegung, so "sieht" man auf einmal ein zusätzliches magnetisches Feld. D.h. das, was man oben als Effekt der Bewegung des Teilchens (des Stromes) interpretiert hat, ist nun ein Effekt der eigenen Bewegung.

Dies ist letztlich eine der zentralen Aussagen der Relativitätstheorie, dass nämlich elektrische und magnetische Felder in unterschiedlichen Bezugssystemen unterschiedlich erscheinen, sich also sozusagen ineinander transformieren. Man könnte nun versucht sein, Magnetfelder als reine Scheineffekte zu charakterisieren, aber das wird m.E. der Sache nicht gerecht.

Der Grund ist, dass man tatsächlich das Magnetfeld eines geladenen, bewegten Teilchens "lokal zum Verschwinden bringen kann", in dem man sich einfach parallel mit gleicher Geschwindigkeit zu diesem Teilchen bewegt. Aber das kann man natürlich immer nur für genau ein Teilchen machen, d.h. man wird dadurch nie alle Magnetfelder im Universum gleichzeitig zum Verschwinden bringen können.

Dann gibt es noch einen Grund, weswegen elektrische und magnetische Felder gleichberechtigt sind: betrachtet man ein Raumgebiet ohne elektrische Ladungen und Ströme, also materiefreies Vakuum, so stellt man fest, dass darin immer noch elektromagnetische Felder enthalten sein könen, wobei sich elektrisches und magnetisches Feld wechselweise gegenseitig erzeugen. Im Falle dieser elektromagnetischen Wellen sind jedoch die Gleichungen bzgl. elektrisachem und magnetischem Feld symmetrisch, d.h. beide erscheinen absolut gleichberechtigt.

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Sonne1001001
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Beitrag Sonne1001001 Verfasst am: 28. Feb 2012 10:01    Titel: Antworten mit Zitat

Und was ist dann nach Maxwell der quantenmechanische Grund für Magnetfelder?
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 28. Feb 2012 13:12    Titel: Antworten mit Zitat

Sonne1001001 hat Folgendes geschrieben:
Und was ist dann nach Maxwell der quantenmechanische Grund für Magnetfelder?

Maxwell hat im 19. Jahrhundert gelebt.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Feb 2012 15:03    Titel: Antworten mit Zitat

Sonne1001001 hat Folgendes geschrieben:
Und was ist dann nach Maxwell der quantenmechanische Grund für Magnetfelder?

s.o. - das ist eine rein klassische Betrachtungsweise und hat mit QM nichts zu tun

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D2



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Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 28. Feb 2012 21:53    Titel: Antworten mit Zitat

Ich möchte auf zwei unterschiedliche Probleme die Aufmerksamkeit lenken.

Zwei parallel liegende Drähte werden mit Gleichstrom gleicher Stärke und Richtung durchflossen. Die Anziehungskraft ist magnetischer Natur und meßbar, aber die Elektronen, die sich in beiden Leitungen mit gleicher Geschwindigkeit bewegen, ruhen in ihrem eigenem Bezugssystem und dürfen weder Magnetfelder erzeugen noch welche empfangen. Es gibt natürlich eine simple Erklärung, warum die Leitungen doch auf einander eine Kraft ausüben.

Man kann es kompliziert machen und die ursprünglich neutrale Drähte durch Lorentzkontraktion aufladen um plötzlich Gegenteil zu erreichen! Oder einen einfachen Weg gehen und doch die Magnetfelder zur Hilfe nehmen.

Eine andere Frage richtet sich auf das materiefreie Vakuum. Die Aussage ist irreführend wenn man doch in diesem Vakuum EM Felder erlaubt. Weil diese den Raum verzehren werden um so stärker, je größer die Energidichte von diesen Feldern ist. Je mehr Energie desto mehr Masse befindet sich im Vakuum, bei einem bestimmten Schwellenwert wird spontan Materie entstehen und vergehen. Angeblich materiefreies Vakuum ist nicht mehr materiefrei.
Wenn jemand die Gleichberechtigung zwischen elektrischem und magnetischem Feld feststellt, muss derjenige auch die Gleichberechtigung zwischen Materie und EM Feldern gestatten. Vakuum ist nur dann wirklich leer wenn es energielos ist.
Ob so etwas überhaupt möglich ist, steht nicht zu Diskussion -wahrscheinlich nicht.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Feb 2012 22:36    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
... betrachtet man ein Raumgebiet ohne elektrische Ladungen und Ströme, also materiefreies Vakuum, ... so stellt man fest, dass darin immer noch elektromagnetische Felder enthalten sein können


D2 hat Folgendes geschrieben:
Eine andere Frage richtet sich auf das materiefreie Vakuum. Die Aussage ist irreführend wenn man doch in diesem Vakuum EM Felder erlaubt. Weil diese den Raum verzehren werden um so stärker, je größer die Energiedichte von diesen Feldern ist. Je mehr Energie desto mehr Masse befindet sich im Vakuum, ...


Da reden wir aneinander vorbei: zunächst mal reden wir hier von der klassischen Theorie, d.h. ohne die zusätzliche Problematik von Quantenfeldtheorien, und insofern brauchen wir "spontane Erzeugung von Materie" nicht zu betrachten. Dann kann man der Energie (Energiedichte) im Vakuum natürlich eine Masse gemäß m = E/c² zuordnen, aber das verkompliziert die Sache nur, ohne irgendetwas zu erklären.

Dann schau doch bitte noch mal auf meine Formulierung „betrachtet man ein Raumgebiet ohne elektrische Ladungen und Ströme, also materiefreies Vakuum“. Es geht um die Ladungsfreiheit! Da aber in der (klassischen) Elektrodynamik Materie der Träger der Ladung ist, folgt aus der Abwesendheit von Materie auch die Abwesendheit von Materie, was man in der (klassischen) Elektrodynamik als „Vakuum“ bezeichnet (genauer: als das Verschwinden der Quellterme ρ und j der E- und B-Felder in den inhomogenen Maxwellgleichungen).

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Kasperleeffekt
Gast





Beitrag Kasperleeffekt Verfasst am: 14. Sep 2016 11:42    Titel: Kasperleeffekt Antworten mit Zitat

D2 hat Folgendes geschrieben:
...
Man kann es kompliziert machen und die ursprünglich neutrale Drähte durch Lorentzkontraktion aufladen ...


Dieser Effekt ist eben nicht möglich (er stellt jedoch die übliche Erklärung der Physiker dar). Die SRT ist anders zu bewerten (hier wäre eine Sachdiskussion nötig, ohne werbefinanzierte und stupide Propaganda für Einstein, der über seine Fehler verzweifelte).
soprano
Gast





Beitrag soprano Verfasst am: 24. Sep 2016 11:11    Titel: Antworten mit Zitat

[quote="TomS"]Aber das kann man natürlich immer nur für genau ein Teilchen machen, d.h. man wird dadurch nie alle Magnetfelder im Universum gleichzeitig zum Verschwinden bringen können. [/quote]

Folgendes sollte nur als eine Frage verstanden werden.
Es fällt mir auf, dass mit Gravitation die Situation ähnlich ist. Man kann das Gravitationsfeld lokal durch Beschleunigung neutralisieren, man denke an den einsteinsche Fahrstuhl. Vollständige Neutralisierung ist dabei nicht möglich, trotzdem hört man, dass in der ART kein Gravitationsfeld gibt.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 24. Sep 2016 11:35    Titel: Antworten mit Zitat

soprano hat Folgendes geschrieben:
Folgendes sollte nur als eine Frage verstanden werden.
Es fällt mir auf, dass mit Gravitation die Situation ähnlich ist. Man kann das Gravitationsfeld lokal durch Beschleunigung neutralisieren, man denke an den einsteinsche Fahrstuhl. Vollständige Neutralisierung ist dabei nicht möglich, trotzdem hört man, dass in der ART kein Gravitationsfeld gibt.

In der ART wird die Gravitation nicht als Kraft verstanden. Ein Gravitationsfeld, die Metrik der Raumzeit, existiert selbstverständlich.

Die Begründung ist relativ anschaulich: gemäß der klassischen Mechanik zwingt eine Kraft einen Körper auf eine gewisse Bahn. Diese Kraft ist messbar und i.A. spürbar. Bzgl. der Gravitation verhält es sich nun gerade so, dass wenn ein Körper allein unter der Einfluss der Gravitation einer Bahn folgt, dass dann keine Kraft spürbar ist; der Körper fällig frei (Sprung vom 10m-Brett, Achterbahn, Raumstation in der Umlaufbahn, Planetenbahn um die Sonne). In diesem Sinne wird die Gravitation nicht als Kraft verstanden.

Lediglich die Abweichung von einer derartigen Bahn (Abweichung vom freien Fall) würde durch eine Kraft verursacht; dies wäre dann aber eine andere Kraft, z.B. die elektrische Kraft; und die wäre eben auch wieder spürbar.

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soprano



Anmeldungsdatum: 24.09.2016
Beiträge: 1

Beitrag soprano Verfasst am: 24. Sep 2016 15:16    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für Ihre Antwort. Trotzdem klammere ich mich noch bisschen an diese (natürlich ziemlich vage) Idee.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitation hat Folgendes geschrieben:
Die Gravitation tritt demnach nicht wie in der klassischen Physik als eine bestimmte Kraft auf, die auf den Körper wirkt und eine Beschleunigung verursacht, sondern als eine Eigenschaft der Raumzeit, in der der Körper sich kräftefrei bewegt. Gravitation wird auf diese Weise als ein rein geometrisches Phänomen gedeutet.

Das hätte zeigen können, dass der Einwand "nie alle Magnetfelder im Universum gleichzeitig zum Verschwinden bringen können" überwunden werden kann. D.h. das Magnetfeld auf ähnliche Weise als ein "ein rein geometrisches Phänomen" doch vorstellbar sein könnte. Diesmal ginge es aber nicht um eine Krümmung der Raumzeit, sondern um die des elektrischen Feldes.

Genau so wie man die Gravitation alleine mittels Beschleunigung nicht vernichten kann, kann man auch alle Magnetfeder durch Inertialsystem Wechsel nicht weg bekommen. Die ART hat doch dieses Hindernis im Falle der Gravitation überwunden?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 24. Sep 2016 15:59    Titel: Antworten mit Zitat

soprano hat Folgendes geschrieben:
Das hätte zeigen können, dass der Einwand "nie alle Magnetfelder im Universum gleichzeitig zum Verschwinden bringen können" überwunden werden kann.

So einfach ist das nicht.

Wie ich oben sagte, kann man ein Magnetfeld eines Teilchens dadurch "lokal zum Verschwinden bringen", indem man sich selbst bzgl. des Teilchens in Ruhe begibt. Aber das bedeutet nicht, dass das Magnetfeld global verschwindet. Es bedeutet lediglich, dass das für genau einen Beobachter gültige Feld verschwindet.

Genauso verhält es sich mit dem Gravitationsfeld. Lokal ist es von einer unbeschleunigten, frei fallenden Bewegung nicht unterscheidbar. Global jedoch sind Raumzeiten mit unterschiedlichen Gravitationsfeldern bzw. Krümmungen durchaus unterscheidbar.

soprano hat Folgendes geschrieben:
D.h. das Magnetfeld auf ähnliche Weise als ein "ein rein geometrisches Phänomen" doch vorstellbar sein könnte ...

Dazu müsste man den Elektromagnetismus "geometrisieren"; das funktioniert tatsächlich:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kaluza-Klein-Theorie

Allerdings ist bis heute keine abgeschlossene Theorie bekannt.

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