Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

Eclipse4: Ihre Bewegung führt zu Magnetismus, kann aber keine weiteren Monopole aus dem Hut zaubern.

Das ist ein ausgezeichneter grundsätzlicher Gedanke, der genau ins Schwarze trifft.

Wolfgang24-1 schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

Bei parallelen Strömen ist die Relativgeschwindigkeit der Elektronen in den beiden Leitern Δ.vs ≈ 0
Bei anitparallelen Strömen ist die Relativgeschwindigkeit hingegen Σ.vs ≈ 2·vs

Wir betrachten Anziehung und Abstoßung von Leitern im Ruhesystem der Leiter. Dort bewegen sich die Ladungsträger in beiden Richtungen gleich schnell.

Im Laborsystem sind beide Ladungskollektive gleich dicht. Aus Sicht der Elektronen sind aber jweils die gegenläufigen Elektronen dichter. Daher überwiegt hier die negative Ladungsdichte und die beiden Leiter stoßen sich ab. Was ist dabei Dein Problem?

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

Bei parallelen Strömen ist die Relativgeschwindigkeit der Elektronen in den beiden Leitern Δ.vs ≈ 0
Bei anitparallelen Strömen ist die Relativgeschwindigkeit hingegen Σ.vs ≈ 2·vs

Wir betrachten Anziehung und Abstoßung von Leitern im Ruhesystem der Leiter. Dort bewegen sich die Ladungsträger in beiden Richtungen gleich schnell.

Im Laborsystem sind beide Ladungskollektive gleich dicht. Aus Sicht der Elektronen sind aber jweils die gegenläufigen Elektronen dichter. Daher überwiegt hier die negative Ladungsdichte und sie stoßen sich ab.

Warum ziehen sich dann die gleichlaufenden Elektronen überhaupt an? Der Dichteunterschied zu den Protonen ist doch jeweils gleich. Nur dieser Dichteunterschied kann doch zum elektrischen Feld führen.
Tatsächlich gilt im System der sich gleichläufig bewegenden Elektronen, dass sich die Protonen bewegen und so ein Magnetfeld erzeugen. Die eigenen sich bewegenden Protonen erfahren im Magnetfeld des anderen Leiters die anziehende Kraft.

Wolfgang24-1 schrieb:

Warum ziehen sich dann die gleichlaufenden Elektronen überhaupt an?

Das hatten wir doch schon.

Bei parallelen Leitungen sehen die Eektronen keine veränderte Elektronen-Dichte in beiden Leitungen. Aber die Ionenstümpfe sind aus ihrer Sicht kontrahiert, zwar in beiden Leitungen gleichermaßen, aber auf jeden Fall ist der andere Leiter nun positiv geladen und sie ziehen sich an, nicht weil sich die Ionen anziehen würden (sie stoßen sich immer ab), sondern weil die bewegten Elektronen angezogen werden.

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Warum ziehen sich dann die gleichlaufenden Elektronen überhaupt an?

Das hatten wir doch schon.

Bei prallelen Leitungen sehen die Eektronen keine veränderte Elektronen-Dichte in beiden Leitungen. Aber die Ionenstümpfe sind aus ihrer Sicht kontrahiert, zwar in beiden Leitungen gleichermaßen, aber auf jeden Fall ist der andere Leiter nun positiv geladen und sie ziehen sich an, nicht weil sich die Ionen anziehen würden (sie stoßen sich immer ab), sondern weil die bewegten Elektronen angezogen werden.

Fällt dir nicht auf, dass sich die beiden Begründungen beim parallelen und beim gegenläufigen Stromverlauf widersprechen?

Wolfgang24-1 schrieb:

Fällt dir nicht auf, dass sich die beiden Begründungen beim parallelen und beim gegenläufigen Stromverlauf widersprechen?

Was genau verstehst Du denn nicht? Einmal sind die Elektronen im anderen Leiter dichter als die Ionen (negative Gesamtladung → Abstoßung)  und das andere Mal weniger dicht (positive Gesamtladung → Anziehung), wo wäre da der Widerspruch?

Die Ionen sind fest im Gitter verankert, also unbewegt, also Teil des Laborsystems, und sehen überall neutrale Gesamtladung.

 

Wolfgang24-1 schrieb:

Warum ziehen sich dann die gleichlaufenden Elektronen überhaupt an?

Man muss zunächst unterscheiden zwischen

1. zwei parallel bewegten gleichnamigen Punktladungen (im folgenden negativ geladen)
2. zwei parallelen Leitern mit parallel bewegten Ladungen

Zu 1)

• Es ergibt sich netto eine Abstoßung durch die Coulombkraft zwischen den Punktladungen, denn:
• Es entsteht zwar ein Magnetfeld mit anziehender Lorentzkraft, aber diese ist schwächer als die abstoßende Coulombkraft.

Zu 2)

• Es ergibt sich netto eine Anziehung durch die Lorentzkraft, denn:
• Es gibt keine dominante Coulomb-Abstoßung der Elektronen, weil die positiven Gitterionen diese elektrische Wirkung fast exakt kompensieren.
• Die Magnetkraft wirkt also nicht gegen eine große elektrische Abstoßung, sondern praktisch alleine.

Relativistisch gesehen: Im Ruhesystem der bewegten Ladungen sind die Gitterionen des jeweils anderen Leiters bewegt und daher real lorentzkontrahiert. Die Ladungsdichten ändern sich unterschiedlich:

• der Leiter wird lokal elektrisch positiv geladen,
• dadurch entsteht ein elektrisches Feld,
• dieses elektrische Feld erklärt dieselbe Kraft wie zuvor das Magnetfeld.

Man könnte wohl alles mit Formeln untermauern, ist aber nicht so mein Ding. 

Eclipse4 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Warum ziehen sich dann die gleichlaufenden Elektronen überhaupt an?

Man muss zunächst unterscheiden zwischen

1. zwei parallel bewegten gleichnamigen Punktladungen (im folgenden negativ geladen)
2. zwei parallelen Leitern mit parallel bewegten Ladungen

Zu 1)

• Es ergibt sich netto eine Abstoßung durch die Coulombkraft zwischen den Punktladungen, denn:
• Es entsteht zwar ein Magnetfeld mit anziehender Lorentzkraft, aber diese ist schwächer als die abstoßende Coulombkraft.

Zu 2)

• Es ergibt sich netto eine Anziehung durch die Lorentzkraft, denn:
• Es gibt keine dominante Coulomb-Abstoßung der Elektronen, weil die positiven Gitterionen diese elektrische Wirkung fast exakt kompensieren.
• Die Magnetkraft wirkt also nicht gegen eine große elektrische Abstoßung, sondern praktisch alleine.

Relativistisch gesehen: Im Ruhesystem der bewegten Ladungen sind die Gitterionen des jeweils anderen Leiters bewegt und daher real lorentzkontrahiert. Die Ladungsdichten ändern sich unterschiedlich:

• der Leiter wird lokal elektrisch positiv geladen,
• dadurch entsteht ein elektrisches Feld,
• dieses elektrische Feld erklärt dieselbe Kraft wie zuvor das Magnetfeld.

Man könnte wohl alles mit Formeln untermauern, ist aber nicht so mein Ding. 

Ja so ähnlich könnte man argumentieren. Aber es sind mehrere Logikfehler in dieser Argumentation. (1) Es entsteht kein Magnetfeld durch Ladungen, die sich relativ zueinander nicht bewegen. (2) Nach der Argumentation gibt es doch gar keine Magnetkraft.
(2 relativistisch) Die beiden Leiter müssten sich doch jeweils gleich aufladen und müssten sich daher immer abstoßen.
Grundsätzlich:
Weshalb ist die Anziehungskraft zwischen den Leitern streng proportional zum Strom in allen Arten von Leitern, obwohl die Fließgeschwindigkeit der Elektronen und die Dichte der freien Elektronen stark unterschiedlich ist. Außerdem würden ja die Atomkerne auf eine Dichteänderung der Elektronen ebenfalls materialspezifisch mit einer Dichteänderung reagieren.
Experimentell: Wenn sich ein stromdurchflossener Leiter elektrisch aufladen würde, dann könnte man diese Aufladung ja einfach messen. 

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Fällt dir nicht auf, dass sich die beiden Begründungen beim parallelen und beim gegenläufigen Stromverlauf widersprechen?

Was genau verstehst Du denn nicht? Einmal sind die Elektronen im anderen Leiter dichter als die Ionen (negative Gesamtladung → Abstoßung)  und das andere Mal weniger dicht (positive Gesamtladung → Anziehung), wo wäre da der Widerspruch?

Die Ionen sind fest im Gitter verankert, also unbewegt, also Teil des Laborsystems, und sehen überall neutrale Gesamtladung.


 

Weshalb soll denn die Dichte der Elektronen im Vergleich zur Dichte der Atomkerne von der Stromrichtung abhängen? Mit dieser Dichtevariation kommt doch je nach Inertialsystem, von wo aus du die Situation betrachtest, immer ein anderer Unsinn heraus.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4 schrieb:

Man muss zunächst unterscheiden zwischen

1. zwei parallel bewegten gleichnamigen Punktladungen (im folgenden negativ geladen)
2. zwei parallelen Leitern mit parallel bewegten Ladungen

Zu 1)

• Es ergibt sich netto eine Abstoßung durch die Coulombkraft zwischen den Punktladungen, denn:
• Es entsteht zwar ein Magnetfeld mit anziehender Lorentzkraft, aber diese ist schwächer als die abstoßende Coulombkraft.

(1) Es entsteht kein Magnetfeld durch Ladungen, die sich relativ zueinander nicht bewegen.

Doch. Schon eine einzelne, im Labor bewegte Punktladung stellt bereits einen elementaren elektrischen Strom dar. Deshalb erzeugt sie neben ihrem elektrischen Feld auch ein Magnetfeld. Es ist nicht anders als beim el. Strom mit vielen bewegten Ladungen, z.B. in einem Leiter.

Wolfgang24-1 schrieb:

(2) Nach der Argumentation gibt es doch gar keine Magnetkraft.

Wieso denn nicht? Es ist die gleiche wie bei (1). Im Leiter bewegte Ladungen (Strom) erzeugen nun mal ein Magnetfeld um den Leiter.

Wolfgang24-1 schrieb:

(1) Es entsteht kein Magnetfeld durch Ladungen, die sich relativ zueinander nicht bewegen.

Genau, das ist die relativistische Betrachtung

Eclipse4 schrieb:

Doch. Schon eine einzelne, im Labor bewegte Punktladung stellt bereits einen elementaren elektrischen Strom dar. Deshalb erzeugt sie neben ihrem elektrischen Feld auch ein Magnetfeld.

Das ist die klassische Betrachtung im Laborsystem

Eclipse4 schrieb:

Wieso denn nicht? Es ist die gleiche wie bei (1). Im Leiter bewegte Ladungen (Strom) erzeugen nun mal ein Magnetfeld um den Leiter.

Weil es kein Magnetfeld gibt. Dieses dient nur dazu, relativistische Effekte klassisch zu erklären.
Eine (im Laborsystem bewegte) Quelle wird vorzusweise als ruhend beschrieben, wie sollte denn da ein klassisches Magnetfeld überhaupt entstehen können.
Die Kraft, die dabei auf eine bewegte Ladung entsteht, ergibt sich unmittelbar aus der unterschiedlichen relativistischen Gleichzeitigkeit und Lorentzkontraktion. Es ist die reine Coulombkraft, die das klassische Magnetfeld mit umfasst.

Im Leiter kommt natürlich die Rolle der Ionen dazu, das haben wir ja schon ausführlich besprochen. Hier (parallel) ist das vermeintliche klassische Magnetfeld in Wahrheit die Coulombkraft der Ionen und antiparallel ist es die Abstoßung durch das Coulombfeld der lorentzkontrahierten Elektronen.

Rainer Raisch schrieb:

Eine (im Laborsystem bewegte) Quelle wird vorzusweise als ruhend beschrieben, wie sollte denn da ein klassisches Magnetfeld überhaupt entstehen können.

Es liegt eigentlich auf der Hand, dass es ein relatives Kraftfeld gar nicht geben kann (sofern die Probeladung die spezifische Ladung (m bzw Q) aufweist)

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

(1) Es entsteht kein Magnetfeld durch Ladungen, die sich relativ zueinander nicht bewegen.

Genau, das ist die relativistische Betrachtung

Eclipse4 schrieb:

Doch. Schon eine einzelne, im Labor bewegte Punktladung stellt bereits einen elementaren elektrischen Strom dar. Deshalb erzeugt sie neben ihrem elektrischen Feld auch ein Magnetfeld.

Das ist die klassische Betrachtung im Laborsystem

Ja es ist die klassische Betrachtung. Ich dachte das muss nicht extra dazu gesagt werden, weil die relativistische Interpretation dann erst weiter unten steht.

Rainer Raisch schrieb:

Eclipse4 schrieb:

Wieso denn nicht? Es ist die gleiche wie bei (1). Im Leiter bewegte Ladungen (Strom) erzeugen nun mal ein Magnetfeld um den Leiter.

Weil es kein Magnetfeld gibt. Dieses dient nur dazu, relativistische Effekte klassisch zu erklären.

Ja es die klassische Erklärung mit Magnetfeld im Laborsystem. Die ist ja auch der Ausgangspunkt im zitierten wikipedia-Artikel, wo dann erklärt wird, warum eine relativistische Erklärung notwendig wurde.

Immer eins nachdem anderen. Wenn man alles durcheinander wirft kann nichts Verständliches dabei herauskommen.

Außerdem ist es relativistisch nicht wirklich damit getan, dass man einfach sagt, die Gitterionen im anderen Leiter erscheinen kontrahiert. Das gilt nämlich auch für die im "eigenen" Leiter. Also muss man erklären, warum das keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt. Da hat wolfgang durchaus einen Punkt.

Genau betrachtet wird es relativistisch ziemlich kompliziert. Z.B. bedeutet gleicher Strom nicht gleiche Geschwindigkeit der Elektronen. KI sagt: „Gleicher Strom“ ist kein Lorentz-invariantes Konzept. Was invariant bleibt, ist die Viererstromdichte. Diese transformiert wie ein relativistischer Vierervektor. Ehhhm... okay, da kann ich nicht mehr richtig folgen. Wird schon etwas dran sein^^.

Eclipse4 schrieb:

Das gilt nämlich auch für die im "eigenen" Leiter. Also muss man erklären, warum das keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt. Da hat wolfgang durchaus einen Punkt.

Die Elektronen werden deshalb nicht überspringen, weil sie eben vom eigenen Leiter gehalten werden, aber die Kraft ist trotzdem gegeben. Natürlch ist es letztlich eine Überlagerung aller Felder bzw Kräfte.

Eclipse4 schrieb:

Ich dachte das muss nicht extra dazu gesagt werden

Über die klassische Frage brauchen wir uns hier wohl nicht unterhalten, und außerdem ist dies bei Wolfgang gefährlich, solange er nicht klar sieht.

Eclipse4 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4 schrieb:

Man muss zunächst unterscheiden zwischen

1. zwei parallel bewegten gleichnamigen Punktladungen (im folgenden negativ geladen)
2. zwei parallelen Leitern mit parallel bewegten Ladungen

Zu 1)

• Es ergibt sich netto eine Abstoßung durch die Coulombkraft zwischen den Punktladungen, denn:
• Es entsteht zwar ein Magnetfeld mit anziehender Lorentzkraft, aber diese ist schwächer als die abstoßende Coulombkraft.

(1) Es entsteht kein Magnetfeld durch Ladungen, die sich relativ zueinander nicht bewegen.

Doch. Schon eine einzelne, im Labor bewegte Punktladung stellt bereits einen elementaren elektrischen Strom dar. Deshalb erzeugt sie neben ihrem elektrischen Feld auch ein Magnetfeld. Es ist nicht anders als beim el. Strom mit vielen bewegten Ladungen, z.B. in einem Leiter.

Wolfgang24-1 schrieb:

(2) Nach der Argumentation gibt es doch gar keine Magnetkraft.

Wieso denn nicht? Es ist die gleiche wie bei (1). Im Leiter bewegte Ladungen (Strom) erzeugen nun mal ein Magnetfeld um den Leiter.

Eine sich bewegende Ladung erzeugt kein Magnetfeld. Dies aktiv ausgedrückt ist grundsätzlich falsch. Richtig ist:
Ein Beobachter, der sich relativ zu einer Ladung bewegt sieht neben dem elektrischen Feld der Ladung auch ein Magnetfeld. Dabei ist es egal, ob sich der Beobachter oder die Ladung bewegt.
Die Aussage über die wir hier diskutieren ist doch, dass Kräfte zwischen stromführenden Leitern durch relativistische Ladungsdichtevariationen zustande kommen. Wenn Magnetfelder und Dichtevariationen zugleich auftreten, dann ist das doch doppelt gemoppelt.

Rainer Raisch schrieb:

Eclipse4 schrieb:

Das gilt nämlich auch für die im "eigenen" Leiter. Also muss man erklären, warum das keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt. Da hat wolfgang durchaus einen Punkt.

Die Elektronen werden deshalb nicht überspringen, weil sie eben vom eigenen Leiter gehalten werden, aber die Kraft ist trotzdem gegeben. Natürlch ist es letztlich eine Überlagerung aller Felder bzw Kräfte.

Eclipse4 schrieb:

Ich dachte das muss nicht extra dazu gesagt werden

Über die klassische Frage brauchen wir uns hier wohl nicht unterhalten, und außerdem ist dies bei Wolfgang gefährlich, solange er nicht klar sieht.

Wer hier nicht klar sieht, das ist doch genau die Frage. Du konntest bisher die Widersprüche in der These der relativistischen Ladungsdichtevariation nicht aufklären. Je nach Inertialsystem, von wo aus man diese Ladungsdichtevariation betrachtet, kommt immer etwas anderes heraus.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eine sich bewegende Ladung erzeugt kein Magnetfeld. Dies aktiv ausgedrückt ist grundsätzlich falsch. Richtig ist:
Ein Beobachter, der sich relativ zu einer Ladung bewegt sieht neben dem elektrischen Feld der Ladung auch ein Magnetfeld.

Na das ist doch Haarspalterei. Die Sprechweise "erzeugt" findet man überall, auch wenn es keine aktive Tat ist. Es entsteht für den Beobachter eben ein Magnetfeld um die bewegte Ladung, sonst würde er es nicht "sehen".

Wolfgang24-1 schrieb:

Die Aussage über die wir hier diskutieren ist doch, dass Kräfte zwischen stromführenden Leitern durch relativistische Ladungsdichtevariationen zustande kommen. Wenn Magnetfelder und Dichtevariationen zugleich auftreten, dann ist das doch doppelt gemoppelt.

Sie treten nicht zugleich auf. Zur relativistischen Interpretation habe ich geschrieben: "dieses elektrische Feld erklärt dieselbe Kraft wie zuvor das Magnetfeld." Zuvor in der klassischen Betrachtung, nicht zugleich auch in der relativistischen.
 

Eclipse4 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Eine sich bewegende Ladung erzeugt kein Magnetfeld. Dies aktiv ausgedrückt ist grundsätzlich falsch. Richtig ist:
Ein Beobachter, der sich relativ zu einer Ladung bewegt sieht neben dem elektrischen Feld der Ladung auch ein Magnetfeld.

Na das ist doch Haarspalterei. Die Sprechweise "erzeugt" findet man überall, auch wenn es keine aktive Tat ist. Es entsteht für den Beobachter eben ein Magnetfeld um die bewegte Ladung, sonst würde er es nicht "sehen".

Wolfgang24-1 schrieb:

Die Aussage über die wir hier diskutieren ist doch, dass Kräfte zwischen stromführenden Leitern durch relativistische Ladungsdichtevariationen zustande kommen. Wenn Magnetfelder und Dichtevariationen zugleich auftreten, dann ist das doch doppelt gemoppelt.

Sie treten nicht zugleich auf. Zur relativistischen Interpretation habe ich geschrieben: "dieses elektrische Feld erklärt dieselbe Kraft wie zuvor das Magnetfeld." Zuvor in der klassischen Betrachtung, nicht zugleich auch in der relativistischen.

 

Die Äquivalenz von Objektbewegung und Beobachterbewegung ist keine Haarspalterei, denn daraus folgt, dass Objektbewegung auch nichts bewirken kann, weil Beobachterbewegung mit Sicherheit nichts bewirkt.
Mit dem Magnetfeld, das durch B=vxE/c² erzeugt wird und E=-vxB, braucht es keine Dichtevariationen mehr um alles zu erklären. Deshalb wäre es dann "doppelt gemoppelt".

Zum Thema "Magnetismus und dem hier diskutierten Gedankenexperimenten von parallelen Strömen oder Ladungen".

Diese Überlegungen sind zwar interessant, widerlegen aber nicht die Wirkung von Magnetfeldern. Deren Wirkung wird in handelsüblichen Mikrowellenherden angewendet. Als Quellen der Magnetfelder werden eher Dauermagnete verwendet. Also da hat man auf jeden Fall Magnetfelder, deren Ursache im Material liegt. Aber auch die Erzeugung mit einer Spule entspricht nicht dem Gedankenexperiment  der parallelen Ladungen oder Strömen. Und man kann bei den Spannungen der Mikrowelle für die darin beschleunigten Elektronen kaum die Geschwindigkeiten in elektrischen Leitern sprechen. Also in der Experimentalphysik oder der Technik gibt es in der Tat Magnetfelder, die messbar sind.

Gruß
Rudi Knoth

Rudi Knoth schrieb:

Zum Thema "Magnetismus und dem hier diskutierten Gedankenexperimenten von parallelen Strömen oder Ladungen".

Diese Überlegungen sind zwar interessant, widerlegen aber nicht die Wirkung von Magnetfeldern. Deren Wirkung wird in handelsüblichen Mikrowellenherden angewendet. Als Quellen der Magnetfelder werden eher Dauermagnete verwendet. Also da hat man auf jeden Fall Magnetfelder, deren Ursache im Material liegt. Aber auch die Erzeugung mit einer Spule entspricht nicht dem Gedankenexperiment  der parallelen Ladungen oder Strömen. Und man kann bei den Spannungen der Mikrowelle für die darin bewegten Elektronen kaum die Geschwindigkeiten  in elektrischen Leitern sprechen. Also in der Experimentalphysik oder der Technik gibt es in der Tat Magnetfelde, die messbar sind.
 

In den angesprochenen Überlegungen werden sicherlich nicht die Wirkungen von Magnetfeldern widerlegt. Aber dabei geht es um statische oder sogenannte geführte Magnetfelder und nicht um elektromagnetische Wellen. Der Punkt ist, dass in der Standard Physik das Konzept der relativen Bewegung von statischen Feldern vermieden wird.
Als Ersatzkonzept wird dann eine relativistische Kontraktion von sich bewegenden Ladungswolken verwendet. Aber wegen der Äquivalenz von Beobachter Bewegung und Objektbewegung geht das Ersatzkonzept nicht auf.