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RobbyDing
Anmeldungsdatum: 06.12.2016
Beiträge: 3
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 RobbyDing Verfasst am: 06. Dez 2016 14:14 Titel: Erzeugen ruhende Ladungen Magnetfelder? |
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Meine Frage:
Hallo zusammen.
Beim Versuch mir die physikalischen Vorgänge bei der Erzeugung und Wirkung von Magnetfeldern zu erklären, stoße ich immer wieder auf Probleme. Ich vermute, dass diese bereits durch quantenphysikalische oder relativitätstheoretische Ansätze erklärt werden können, allerdings tue ich mir mit jenen eher schwer. Ich hoffe, ihr könnt mir helfen :)
Mein Gedankengang:
1.
Wenn ich zwei Magnete mit Nord und Südpol aneinander annähere, überlagern sich die bestehenden Magnetfelder in einer Weise, so dass sich die in gleiche Richtungen verlaufenden Feldlinien addieren und so eine Anziehung der Pole entsteht.
2.
Wenn ich ein bewegtes geladenes Teilchen betrachte, entsteht ein Wirbelfeld um dieses, also ein Magnetfeld.
3.
Wenn ich nun ein geladenes Teilchen in ein Magnetfeld bringe, dieses sich mit einer Geschwindigkeit hindurch bewegt, so überlagern sich die Magnetfelder, so dass sich auf der einen Seite des Geschwindigkeitsvektoers gegenläufige Feldlinien neutralisieren und auf der anderen Seite gleichläufige Feldlinien addieren und wie beim Magneten eine Anziehung entsteht (Meine Erklärung für Lorentzkraft).
4.
Bewege ich nun zwei geladene Teilchen nebeneinander mit gleicher Geschwindigkeit so erzeugen beide ein Wirbelfeld. Naturgemäß löschen sich im Raum zwischen den Teilchen also aus und die Teilchen stoßen sich ab.
Nun meine Probleme:
Bei der Schulphysik die ich genoßen habe, wurde immer davon ausgegangen, dass wir ein Intertialsystem betrachten. Gehen wir nun davon aus, dass sich alle Teilchen um uns mit uns mit konstanter Geschwindigkeit bewegen (Sprich: Wir bewegen uns ja aufgrund der Expansion des Alls mit einer (nicht ganz, ich weiß) konstanten Geschwindigkeit). Also ich "stehe" hier, neben mir zwei Elektronen die sich bei mit gleicher Geschwindigkeit bewegen (also quasi neben mir stehen). Diese Teilchen stoßen sich ab.
a: Tun Sie das aufgrund ihrer Ladung oder tun Sie das, da sie aufgrund der Geschwindigkeit mit der wir uns gemeinsam im Raum bewegen ein Magnetfeld besitzen / erzeugen ?
Wäre ich in der Lage, die Teilchen und mich auf eine absolute Geschwindigkeit von null zu bringen, unter der Vorraussetzung, dass wir uns aufgrund der Expansion des Raumes mit konstanter Geschwindigkeit bewegen und ich diese Geschwindigkeit kennen würde, würden die Elektronen keine Magnetfelder mehr erzeugen und die Abstoßung nicht mehr existieren. Klingt das plausibel?
Wäre das so, was macht dann ein Elektron dann zum Elektron? Man geht ja davon aus, dass der Kernspin für die Erzeugung von Magnetfeldern verantworlich ist.
b: Ein Proton erzeugt ein zum Elektron entgegensetztes Wirbelfeld. Das heißt, bewege ich ein Proton und ein Elektron in gleicher Richtung mit gleicher Geschwindigkeit ziehen diese sich an, da in dem Raum zwischen den Teilchen die Magnetfelder addiert werden.
Bewege ich sie nun in entgegengesetzter Richtung, müsste doch eine Abstoßung zwischen den Teilchen entstehen. Ist das korrekt oder müsste man die Teilchen zuerst auf die oben genannte Geschwindigkeit von absolut null bringen und davon ausgehend entgegengesetzte Geschwindigkeiten annehmen?
So, ich weiß es ist ziemlich lange geschrieben, aber ich hoffe ich konnte meinen Gedankengang einigermaßen darlegen und habe jemandes Interesse angeregt, mit mir darüber nachzudenken 
Meine Ideen:
Alle meine Ansätze sind oben bereits enthalten |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 06. Dez 2016 17:02 Titel: Re: Erzeugen ruhende Ladungen Magnetfelder? |
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| RobbyDing hat Folgendes geschrieben: | | 4. Bewege ich nun zwei geladene Teilchen nebeneinander mit gleicher Geschwindigkeit so erzeugen beide ein Wirbelfeld. Naturgemäß löschen sich im Raum zwischen den Teilchen also aus und die Teilchen stoßen sich ab. |
Das stimmt nicht, denn Ströme in gleicher Richtung ziehen sich an. Die gleichnamigen Ladungen stoßen sich allerdings elektrostatisch ab.
Wenn Du die beiden gleichgerichteten Ströme dadurch erzeugst, dass nebeneinander ein Elektronenstrahl und ein entgegengesetzt fliegender Protonenstrahl betrachtet werden, ziehen sich die an wegen der Magnetfelder und auch wegen der ungleichnamigen Ladungen.
Richtig betrachtet ist es eben ein elektromagnetisches Feld, das nicht immer - getrennt betrachtet - zu Ergebnissen führt, die mit der Wirklichkeit übereinstimmen (besonders bei höheren Geschwindigkeiten).
Dass die Vorstellung des Magnetfeldes etwas ulkig erscheint, siehst Du, wenn Du neben dem Elektronenstrahl mit gleicher Geschwindigkeit herfliegst und kein Magnetfeld mehr vorfindest.
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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RobbyDing
Anmeldungsdatum: 06.12.2016
Beiträge: 3
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| RobbyDing Verfasst am: 06. Dez 2016 19:43 Titel: Oh natürlich mein Fehler :D |
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Hallo isi,
Danke für deine Antwort. Das ist natürlich mein Fehler, ich hab solang über das Thema nachgedacht, dass ich übersehen habe, dass ich die Lorentzkraft falsch herum angenommen habe.
Das bedeutet, dass wenn zwei negative Ladungen sich mit konstanter gleicher Geschwindigkeit nebeneinader bewegen, sich diese Ladungen anziehen, da das Magnetfeld im Raum zwischen Ihnen aufgehoben wird, sprich eine Ladung erfährt eine Kraft in die Richtung des schwächeren Magnetfelds.
So wäre es also möglich, dass sich Elektronen allein durch die Eigenschaft Geschwindigkeit zusammenballen lassen?
Trotzdem wären die von mir beschriebenen Effekte möglich, wenn man annimmt, dass sich eine negative und eine positive Ladung gemeinsam bewegen. Unter der Annahme, es gäbe eine Geschwindigkeit "null" und ich könnte sie erreichen, was passiert mit den Ladungen. Da Magnetfelder und Elektrische Felder (soweit ich weiß) nur gemeinsam auftreten, müssten bei einer Geschwindigkeit null diese beiden wegfallen und die Ladungen ihre Eigenschaft verlieren, also keine Ladung mehr vorweisen können, da das Magnetfeld ja nur bei bewegten Ladungen existiert und ohne Magnetfeld auch kein Elektrisches Feld, oder bin ich da auf dem Holzweg?
Im anderen Extrem, wenn sich diese Ladungen mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegen, müssten sich doch positive und negative Ladungen durch das größer werdende Magnetfeld immer weiter voneinander entfernen. So müsste die magnetische Kraft die Elektrostatische Kraft überwinden. Neutronen würden sich bei hohen Geschwindigkeiten trennen.
| Zitat: | Richtig betrachtet ist es eben ein elektromagnetisches Feld, das nicht immer - getrennt betrachtet - zu Ergebnissen führt, die mit der Wirklichkeit übereinstimmen (besonders bei höheren Geschwindigkeiten).
Dass die Vorstellung des Magnetfeldes etwas ulkig erscheint, siehst Du, wenn Du neben dem Elektronenstrahl mit gleicher Geschwindigkeit herfliegst und kein Magnetfeld mehr vorfindest. |
Was also passiert in diesen beiden Fällen? Ist das Modell ungeeignet oder kommen noch andere Effekte hinzu? |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 06. Dez 2016 20:07 Titel: Re: Oh natürlich mein Fehler :D |
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| RobbyDing hat Folgendes geschrieben: | | Das bedeutet, dass wenn zwei negative Ladungen sich mit konstanter gleicher Geschwindigkeit nebeneinader bewegen, sich diese Ladungen anziehen, da das Magnetfeld im Raum zwischen Ihnen aufgehoben wird, sprich eine Ladung erfährt eine Kraft in die Richtung des schwächeren Magnetfelds. So wäre es also möglich, dass sich Elektronen allein durch die Eigenschaft Geschwindigkeit zusammenballen lassen? |
Ja, der typische Fall ist ein Lichtbogen (Beispiel Leuchtstofflampe: Wenn man die Stromdichte zu stark steigert, gibt es keine Entladung über den ganzen Rohrquerschnitt mehr, der Strom zieht sich zu einem sich windenden Faden zusammen. Hier ist allerdings die Elektrostatik weitgehend abgeschaltet, da die positiven Ionen die negative Ladung der Elektronen neutralisieren. | RobbyDing hat Folgendes geschrieben: | | Da Magnetfelder und Elektrische Felder (soweit ich weiß) nur gemeinsam auftreten, müssten bei einer Geschwindigkeit null diese beiden wegfallen und die Ladungen ihre Eigenschaft verlieren, also keine Ladung mehr vorweisen können, da das Magnetfeld ja nur bei bewegten Ladungen existiert und ohne Magnetfeld auch kein Elektrisches Feld, oder bin ich da auf dem Holzweg? |
Ja, da bist auf dem Holzweg, denn Elektrostatik funktioniert auch ohne Magnetfeld. | RobbyDing hat Folgendes geschrieben: | | Im anderen Extrem, wenn sich diese Ladungen mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegen, müssten sich doch positive und negative Ladungen durch das größer werdende Magnetfeld immer weiter voneinander entfernen. So müsste die magnetische Kraft die Elektrostatische Kraft überwinden. Neutronen würden sich bei hohen Geschwindigkeiten trennen. |
Nein, das geht denn doch zu weit. Die 1/3- und 2/3-Ladungen der Quarks lassen sich wegen der starken Wechselwirkung (etwa 8 Tonnen Anziehungskraft) praktisch nicht trennen und es würde ohnehin nicht funktionieren, da - wie auch beim neutralen Atom - die Magnetfelder der positiven Teile die der negativen neutralisieren. | Zitat: | | Was also passiert in diesen beiden Fällen? Ist das Modell ungeeignet oder kommen noch andere Effekte hinzu? |
Ja, dieses einfache Modell geht nur begrenzt, bei sehr kleinen Abständen wirkt Heisenbergs Unschärferelation und bei höheren Geschwindigkeiten schlägt die Relativitätstheorie zu.
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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RobbyDing
Anmeldungsdatum: 06.12.2016
Beiträge: 3
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| RobbyDing Verfasst am: 06. Dez 2016 22:43 Titel: |
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Vielen lieben Dank für die Antwort.
Das ist schon alles sehr augenöffnend. Ich vermute mal mit meinen Extremfällen beschwöre is es nunmal aber auch herauf, dass es kompliziert wird. Meine Hoffnung, dass es eine einfache Erklärung gibt, ist damit wohl futsch 
Es ist schön zu sehen, dass wenigstens eine These richtig ist
Wie tief müsste man denn in der Relativitätstherie graben, um verstehen zu können, was da passiert? |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 07. Dez 2016 07:29 Titel: |
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| RobbyDing hat Folgendes geschrieben: | | Wie tief müsste man denn in der Relativitätstherie graben, um verstehen zu können, was da passiert? |
Das ist, so glaube ich, nicht nötig, denn die Maxwellgesetze, die den Elektromagnetismus beschreiben, sind -richtig angewandt - ausreichend. Hierfür solltest Du Dir ein Lehrbuch für Theoretische Elektrotechnik besorgen und/oder Vorlesungen über das Thema ansehen (gibts auch im Internet). Musst Dir hat etwas suchen, das Deinen mathematischen Kenntnissen angemessen ist
Wenn Du weiter in die Materie eindringen willst, bietet sich die Quantenelektrodynamik an. Als Einführung für Laien empfehle ich zunächst das Büchlein von Richard Feynman "QED Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie".
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
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