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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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 kelloggs Verfasst am: 09. Jun 2015 16:25 Titel: Bewegte Ladungen auf Kreisbahn - ein Gedankenexperiment |
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Hallo zusammen,
nach längerer Abwesenheit melde ich mich wieder mit einem neuen Gedankenexperiment. Das Gedankenexperiment soll klassisch betrachtet werden sprich es wird nichts im atomaren/Quanten-Kosmos betrachtet sondern das Experiment wird an makroskopischen Objekten durchführt damit alles mit klassischer Physik behandelt werden kann. Es wird angenommen, dass es keine dissipativen Verluste in dem System gibt (Reibung) um die Überlegung soweit wie möglich zu vereinfachen. Was das Gedankenexperiment zeigen soll ist mein ewiges Leidthema - die Energie.
Der Aufbau:
Ich habe einen Ring auf die ich 2 Kugeln auffädeln kann. Der Ring stellt meine Kreisbahn dar und die 2 Kugeln meine 2 Ladungen - siehe Bild 1 http://www.bilder-upload.eu/upload/f26e98-1433857608.png
Das ganze System kann rotiert werden (verlustfrei) - siehe Bild 2 http://www.bilder-upload.eu/upload/2adbe0-1433858289.gif
Die Ladungen können auf dem Ring/der Kreisbahn entlanggleiten (ebenfalls Verlustfrei) - siehe Bild 3 http://www.bilder-upload.eu/upload/6252bc-1433858566.gif
Der Ablauf:
1.) ich beaufschlage die Kugeln mit gleichnamigen Ladungen gleicher Menge.
2.) ich versetzte das System in Rotation.
Ich habe nun 2 Energiepools - die Rotationsenergie des System und die elektrische Energie der Kugeln. Jetzt kann man klassisch sagen, dass bei diesen bewegten Ladungen ein Magnetfeld auftritt. Dazu habe ich folgende Passage auf wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrodynamik#Elektrodynamik_und_Relativit.C3.A4tstheorie) gelesen:
"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."
Mein Gedankengang ist nun folgender: wenn ich durch Rotation dieser beiden Ladungen deren elektrische Abstoßung "kompensieren" kann dann bedeutet das ja, dass ich im stillstehenden Fall eine elektrische, potentielle Energie erhalte. Der Ablauf würde nun wie folgt weitergehen:
3.) ich drehe das System auf eine mögliche Endgeschwindigkeit hoch. Die elektrisch geladenen Kugeln sind nun näher zusammengerückt - je höher die Endgeschwindigkeit umso näher können sie sich kommen (Aufgrund des von ihnen erzeugten, magnetischen Feldes). Ich "raste" die Kugeln in ihrer aktuellen Position ein und nehme die Rotationsenergie wieder aus dem System.
4.) wenn das System zum Stillstand kommt habe ich eine potentielle, elektrische Energie gewonnen da die Kugeln/Ladungen nun tiefer in ihren elektrischen Potentialen verweilen.
Puh, geschafft. Ich hoffe ich konnte dieses Gedankenexperiment so sensationsarm wie möglich gestalten. Ich freue mich auf viele Rückmeldungen.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 10. Jun 2015 20:55 Titel: |
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Mit all den aktuellen Threads über bewegte Ladungen und Magnetfelder... warum hat sich noch keiner in diesem Thread gemeldet? jh, TomS - hat keiner von euch mehr die Gelassenheit um über meine Gedankengänge zu reden bzw. das Experiment und dessen Ausgang zu erklären?
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8583
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| jh8979 Verfasst am: 10. Jun 2015 22:01 Titel: |
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| kelloggs hat Folgendes geschrieben: | | .. warum hat sich noch keiner in diesem Thread gemeldet? jh, TomS - hat keiner von euch mehr die Gelassenheit um über meine Gedankengänge zu reden bzw. das Experiment und dessen Ausgang zu erklären? |
So in der Art... mir ist das ehrlich gesagt zu anstrengend mich wieder durch irgendeinen Wust an merkwürdiger Experimentbeschreibung zu lesen, um dann am Ende festzustellen, dass Deine Gedenken elementare Fehler enthalten und Du Dir mal selber Physikgrundlagen anlegen solltest... So ist bis jetzt eigentlich jeder Deiner Threads geendet...
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 11. Jun 2015 00:29 Titel: |
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ach komm schon - in diesem Fall beschäftige ich mich doch mit Grundlagen und nicht mit irgendwelchen Quantenphänomenen. Ich schaue mich ja auch nach den Grundlagen um aber diese erklären sogut wie nie die Fälle, die ich betrachten möchte.
Sie mal hier:
[jh8979: Ich bezweifel mal, dass Du hier urheberrechtlich geschütztes Material in diesem Umfang posten darfst und lösch daher mal den Link.]
Wenn ich das richtig mitbekommen habe lobpreist du ja den Tipler als sehr gutes Grundlagenbuch oder nicht? Auf Seite 887 des PDFs gibt es ein winzig kleines Kapitel, dass das Magnetfeld von bewegten Ladungen erklärt. Danach geht man schon über zu "stromerzeugten" Magnetfeldern ala Biot-Savart.
Wie soll man sich nun ein Bild davon machen, wie mein "Kreisbahn" Experiment mit 2 Ladungen abläuft? Wenn ich auf so ein Problem stoße dann geh ich halt her und kopiere leichtfertig Zitate von wikipedia Artikeln, die meiner Meinung nach zu dem Thema passen e.g. für das jetzige Thema: 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.
Genau diesen Fall will ich mit dem Experiment reproduzieren. 2 Ladungen, die sich dicht hintereinander auf einer Kreisbahn bewegen.
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8583
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| jh8979 Verfasst am: 11. Jun 2015 00:43 Titel: |
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| kelloggs hat Folgendes geschrieben: | | ach komm schon |
Nein. Ich lass mich nicht wieder in so eine sinnlose Diskussion reinziehen, besonders da ich mindestens einen Grundlagenfehler schon auf den ersten Blick gesehen habe. Vllt findet sich ja jemand anders, der das mit Dir diskutieren mag. Viel Glück.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 11. Jun 2015 11:24 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | [jh8979: Ich bezweifel mal, dass Du hier urheberrechtlich geschütztes Material in diesem Umfang posten darfst und lösch daher mal den Link.] |
zumindest weißt du jetzt, dass ich eine Quelle für "Grundlagen" habe. Wie kann ich nun diese Grundlagen, die in diesem Buch stehen, auf das Gedankenexperiment übertragen?
Wie soll das funktionieren?
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8583
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| jh8979 Verfasst am: 11. Jun 2015 11:47 Titel: |
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| kelloggs hat Folgendes geschrieben: |
zumindest weißt du jetzt, dass ich eine Quelle für "Grundlagen" habe. |
Ein Physikbuch zu besitzen bedeutet nicht, dass man physikalische Grundlagen besitzt... und das war jetzt mein wirklich letzter Post in diesem Thread.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 12. Jun 2015 19:09 Titel: |
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nundenn, ich habe diese nette 3D Magnetfeldsimulation für unterschiedliche Magnetfeldquellen gefunden - http://www.falstad.com/vector3dm/. Es ist ein kleines Java App das Mithilfe von Dropdown Menüs unterschiedliche Ursachen für Magnetfelder visuell darstellen kann (auch für einzelne, bewegte Ladungen). Das App startet automatisch kurz nachdem man die Seite betritt (man muss sich nur durch ein paar Java Meldungen klicken damit das App startet - das App ist 100%tig vertrauenswürdig - das schwör ich bei allem was mir lieb und teuer ist; siehe Bild im Anhang).
Ich habe das Magnetfeld für eine einzelne, bewegte Ladung anzeigen lassen ( http://www.bilder-upload.eu/upload/4431e3-1434128829.png ) und die Feldlinien des Magnetfeldes sogut wie möglich auf mein 3D Modell übertragen. Da ich 2 Ladungen habe kann man sehen wie die Feldlinien sich überlagern ( http://www.bilder-upload.eu/upload/7114d1-1434128963.png ).
Was das für die Ladungen bedeutet wäre der jetzige Gesprächsstoff, der mich interessieren würde. Gibt es eine magnetische Anziehung zwischen den beiden bewegten Ladungen entgegen ihrer elektrostatischen Abstoßung (die Ladungen sind ja nachwievor gleichnamig)?
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
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| schnudl Verfasst am: 12. Jun 2015 21:19 Titel: |
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oh mann oh mann...
du steckst viel zeit in die Anfertigung von schönen Bildern hinein. Ich gebe zu, ich würde das auch gern können. Was den physikalischen Inhalt deiner Fragen aber betrifft ... naja ...
Mag sein dass du eine Software gefunden hast, die Feldlinien plottet. Und? Toll...Was sollen wir nun damit? Was willst du denn zeigen? Was ist dein Ziel?
Sollen sich die Ladungen gleich schnell und parallel bewegen? Unterschiedlich schnell? In die selbe Richtung? Was magst du denn überhaupt sagen?
Du magst den Energieerhaltungssatz wiederlegen? Mit welcher Theorie des Elektromagnetismus willst du das zeigen? Hast du etwas "besseres" als die Maxwell'schen Gleichungen? Falls es nur diese sind, ist jede Bemühung zwecklos. Es ist Zeitverschwendung, sich mit deinen Gedanken auseinanderzusetzen...
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 13. Jun 2015 01:24 Titel: |
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Hallo,
| schnudl hat Folgendes geschrieben: |
Mag sein dass du eine Software gefunden hast, die Feldlinien plottet. Und?
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So richtig valide kommen mir die Ergebnisse der Simulationen nicht vor, insbesondere dieses Bild hier:
http://www.bilder-upload.eu/upload/7114d1-1434128963.png
Bei den anderen erkenne ich im 3d-Plot nicht genau genug, wie das Feld in der Ebene senkrecht zur Ladung aussieht.
Der Knackpunkt ist, dass ich bei einer einzelnen sich im Raum bewegenden Ladung erwarten würde, dass das B-Feld in einer Ebene, die den Ort der Ladung enthält und senkrecht zur Geschwindigkeitsvektor steht, verschwindet.
Wir betrachten zur Veranschaulichung eine Kreisfläche  mit dem (beliebigen) Radius  , die zum Zeitpunkt  von der Ladung  senkrecht durchstoßen wird und schauen uns die Summe aus elektrischem Strom + Verschiebungsstrom an, die zum Zeitpunkt t durch die Fläche fließt.
Zum Zeitpunkt t-dt/2, also unmittelbar vor dem Durchstoßen der Fläche, gilt für den elektrischen Fluss durch die Fläche :
 = \int\limits_A \vec D \cdot \mathrm{d}\vec A = +Q/2) ,
da die Hälfte der Feldlinien die Fläche positiv (in Richtung vom eingezeichneten Pfeil) durchstößt.
Zum Zeitpunkt t+dt/2, d. h. unmittelbar nach dem Durchstoßen der Ladung durch die Fläche, gilt für den elektrischen Fluss durch die Fläche :
 = \int\limits_A \vec D \cdot \mathrm{d}\vec A = -Q/2) ,
da nun gewissermaßen "die andere Hälfte" der Feldlinien die Fläche durchstößt, und zwar in negativer Richtung.
Der elektrische Fluss durch die Fläche A ändert sich zu dem Zeitpunkt t, an dem die Ladung die Fläche durchstößt, also um -Q. Gleichzeitig fließt aber eine Ladung von +Q durch die Fläche hindurch. Beide Größen kompensieren einander zu 0.
Wenn ich das richtig sehe, liefert der Durchflutungssatz nun unter der Berücksichtigung der Symmetrie ein H-Feld von H=0 (und somit auch B=0) in der Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladung.
Viele Grüße
Michael
PS: Ich hoffe die Idee wurde klar -- schön aufgeschrieben müssten man hier wahrscheinlich entweder über Ladungsdichten argumentieren bzw. mit Distributionen arbeiten.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 13. Jun 2015 04:14 Titel: |
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| schnudl hat Folgendes geschrieben: | Mag sein dass du eine Software gefunden hast, die Feldlinien plottet. Und? Toll...Was sollen wir nun damit? Was willst du denn zeigen? Was ist dein Ziel?
Sollen sich die Ladungen gleich schnell und parallel bewegen? Unterschiedlich schnell? In die selbe Richtung? Was magst du denn überhaupt sagen?
Du magst den Energieerhaltungssatz wiederlegen? Mit welcher Theorie des Elektromagnetismus willst du das zeigen? Hast du etwas "besseres" als die Maxwell'schen Gleichungen? Falls es nur diese sind, ist jede Bemühung zwecklos. Es ist Zeitverschwendung, sich mit deinen Gedanken auseinanderzusetzen... |
ich sitz jetzt seit ner Ewigkeit an deinen Fragen nur ich weiß, dass ich keine zufriedenstellenden Antworten geben kann...
Ich kann nur versuchen die Anordnung sogut wie möglich zu erklären...
Von einem mechanischen Standpunkt aus betrachtet habe ich 2 Massen, die sich auf einem Ring befinden der sich um seinen Mittelpunkt drehen kann. Um den Ring natürlich in Drehung zu versetzten brauch ich eine Startenergie. Diese kann ich verlustfrei in die Rotation reinstecken und wieder rausnehmen "weil" (vielleicht habe ich hier meinen Grundlagenfehler gemacht) die Massen/die Kugeln auf meinem Ring sich nur auf der "Kreisbahn" verschieben können und dadurch das Trägheitsmoment unverändert bleibt.
Weil meine Massen/Kugeln jedoch eine Ladung besitzen erzeugt bei mechanischer Drehung des Rings jede Ladung für sich ein Magnetfeld - siehe hier http://www.bilder-upload.eu/upload/edf612-1434149562.gif
Erhalte ich dadurch ein arbeitsfähiges Potential zwischen den Kugeln/Ladungen/Massen? Wenn ja - wer ist für dieses Potential verantwortlich? Die Energie kann nicht aus der Rotation des Ringes kommen weil beide Ladungen sich entgegengesetzt anziehen(magnetische Komponente)/abstoßen(elektrische Komponente) - wenn diese Kräfte als Drehmoment auf dem Ring auftreten dann würden sie sich gegenseitig aufheben.
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schnudl
Moderator
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| schnudl Verfasst am: 13. Jun 2015 08:56 Titel: |
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Die Lorentz-Kraft ist immer senkrecht auf die Bahngeschwindigkeit. Wie soll sich da die Energie ändern? Die Kraft im Magnetfeld hat bekanntermaßen auch kein Potenzial (im klassischen Sinne).
Das klassische Magnetfeld einer bewegten Ladung 1 am Ort 2 ist (in cgs Einheiten):
 = q_1/c \cdot \frac{\vec v _1\times \vec r_{12}}{{r_{12}}^3})
Du kannst daher sofort hinschreiben:
 \propto \vec v _1\times \vec r_{12})
)
(Auch bei einer relativistisch korrekten Betrachtung ändert sich nichts am Prinzip, außer, dass man Retardierungseffekte berücksichtigen muss. Es gibt auch eine Abstrahlung, die zu einem Energieverlust führt - das sei jetzt aber vernachlässigt.)
Daraus sieht man unmittelbar, dass die Lorentzkraft zu keiner Änderung der Energie führt. Auch wenn du das ganze in ein dynamisches Karussell einbindest, wird sich daran nichts ändern, außer, dass du das Wesentliche an deiner "Frage" unnötig verschleierst.
Was willst du also zeigen? Was ist die Fragestellung? Nur weil man eine falsche Hypothese in schöne Worte kleidet und eine offenbar attraktive Frau im Bild sieht, wird alles deshalb nicht richtiger... Kannst du dich auf das Wesentliche konzentrieren? Du bringst es nicht auf den Punkt was du willst. Du müsstest an der Reaktion der anderen Kollegen bereits gesehen haben, dass du "physikalischen Quatsch" daherredest. 
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kelloggs
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| kelloggs Verfasst am: 13. Jun 2015 12:15 Titel: |
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naja, zumindest bestehe ich nicht darauf, dass mein physikalischen Quatsch richtig ist. Das Argument mit der Lorentzkraft kenne ich allerdings schon und meine Gegenfrage war ob nicht eine "andere" magnetische Kraftkomponente zwischen den Ladungen entstehen könnte. Es geht um den Feldgradient der erzeugten Magnetfelder der bewegten Ladungen. Hat das nicht eine Ähnlichkeit mit 2 Stabmagnete, deren Nord- und Südpol sich anzieht?
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schnudl
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| schnudl Verfasst am: 13. Jun 2015 15:28 Titel: |
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Feldgradienten spielen bei Dipolen eine Rolle. In deinem Fall geht es aber um Kräfte auf Ladungen, und dafür ist alles bereits gesagt. Natürlich bringt die eine bewegte Ladung ein Magnetfeld mit sich, dieses vermittelt eine Kraftwirkung auf die andere Ladung. Da die Kraft aber immer radial wirkt, kann es zu keiner Änderung der Energie kommen.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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| kelloggs Verfasst am: 13. Jun 2015 17:43 Titel: |
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okay... ich verstehe diese Argumente wenn man sie einzeln für jeden meiner Denkschritt erklären kann aber das man jeden dieser Denkschritte in ein globales Konzept übertragen kann und dann die bekannten Aussagen (Energie ist nicht erzeugbar/kann nicht vernichtet werden) da krieg ich meinen Verstand nicht drum herumgeschlungen. Für mich scheint es einfach zuviel Kombinationen zu geben sodass es unmöglich erscheint eine globale Aussage darüber zu machen...
bekannte Experimente mit bekannten Anordnungen geben diese Aussagen wieder aber was ist mit unscheinbaren Anordnungen, Anordnungen die noch gar nicht probiert wurden? Wie kann durch die Beobachtung einzelner, bekannter Experimente (die ja immer als Referenz hergenommen werden) Aussagen für alle andern getroffen werden?
Durch das Argument mit der radialen Kraft kannst du dir wahrscheinlich schon ausmalen, was ich als nächstes Vorschlagen würde.
naja hier ist das Bild... http://www.bilder-upload.eu/upload/3f1830-1434210372.gif
diese Fertigkeit hat mir als einziges ein Kompliment eingebracht
Was für ein Argument folgt jetzt? Würde als Reaktion auf die verrichtete Arbeit (Feder wird durch die Lorentzkraft der beiden Ladungen zusammengedrückt) ein Drehmoment auf die rotierenden Ringe entstehen sodass die Rotationsenergie sich um den Faktor der verrichteten Arbeit verringert?
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schnudl
Moderator
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| schnudl Verfasst am: 13. Jun 2015 18:33 Titel: |
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kellogs, entweder bist du
1) auf "Verarsche" aus, oder
2) du hast die Vorgehensweise in der Physik nicht verstanden.
Jedesmal wenn man etwas klarzustellen versucht, kommst du mit einer neuen mechanistischen Konstruktion daher.
Ich werde diesen Beitrag daher erst einmal sperren, da es in beiden oben genannten Fällen nichts mehr bringt, deinen Ausführungen zu folgen.
Das hier ist kein Esoterikforum.
Sorry.
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