Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

WL01 schrieb:

Energietransport

• Der physikalische Stromfluss vom Kraftwerk zum Verbraucher oder umgekehrt.

• Die physische Weiterleitung über das Stromnetz.

• Der Transport von elektrischer Leistung über Leitungen und Transformatoren.

Regelprozess

• Die automatische und kontinuierliche Bilanzierung im Stromnetz.

• Die Anpassung der Leistung, damit Frequenz und Spannung stabil bleiben.

• Der Ausgleich von Angebot und Nachfrage in Echtzeit durch den Netzbetreiber.

Also bitte wo ist da das Problem?

Das Problem ist nur die Kausalität. Holt sich der Nutzer die Energie via Kraftkopplung aus dem Netz oder bekommt er sie vom Kraftwerk via Poynting Vektor zugeschickt?

Antwort KI:
Warum das Argument fehlerhaft ist

• Falsche Alternative:
  Der Nutzer „holt“ sich die Energie nicht exklusiv aus einer lokalen Nachbarschaft („Kraftkopplung“) oder bekommt sie exklusiv „zugeschickt“. In einem synchronisierten europäischen Verbundnetz speisen Tausende Kraftwerke gleichzeitig ein, und Lasten greifen überall ab. Physikalisch fließt die Energie über die Felder zum Verbraucher, sobald dieser einen Widerstand / Verbraucher anschaltet und einseiting ein Feldklima (Erl.: Zustand des Raumes, Verfügbarkeit von Energie, Ausbreitung) anliegt.
• Verwechslung von physikalischem Transport und Systemführung:
  Der Poynting-Vektor beschreibt den lokalen, physikalischen Energietransport durch das elektromagnetische Feld im Mikroskopischen. Ein Regelprozess (wie die Frequenz- und Leistungsregelung im Netz) steuert dagegen makroskopisch, welches Kraftwerk wie viel Leistung beisteuern muss, um die Balance zu halten. Beides existiert gleichzeitig und schließt sich nicht aus.
• Kausalität ist geklärt:
  Aus Sicht der Wellenausbreitung breitet sich die Änderung des elektromagnetischen Feldes mit Lichtgeschwindigkeit im Netz aus, wenn ein Verbraucher geschaltet wird. Es ist kein „Warten“, bis ein einzelnes Elektron oder ein einzelnes Paket vom Kraftwerk ankommt.

WL01 schrieb:

Wie das Gerät die Energie „empfängt“Das Gerät benötigt keine Funkantenne, weil die Drähte selbst die Empfangseinheit sind:Geführte Wellen: Die Kupferdrähte zwingen das EM-Feld dazu, an ihnen entlangzuwandern, statt sich unkontrolliert im Raum auszubreiten.Energieumwandlung im Bauteil: Im Inneren des Geräts (z. B. im Heizdraht eines Toasters oder in der Spule eines Motors) bricht das EM-Feld in das Material ein. Dort bringt es die Elektronen im Metall zum Schwingen oder Fließen.Dadurch transformiert sich die

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4 schrieb:

Für einen Transport muss nicht gezielt gesendet werden. Bei der Blutentnahme muss der Körper nicht wissen, wohin es das Blut gehen soll und es dann  "senden". Es wird einfach abgesaugt und dabei transportiert. Dasselbe beim Abfluss aus einem See. Der muss das Wasser nicht gezielt an einen Empfänger senden, und trotzdem wird es transportiert.

Eine Entnahme ist doch kein Transport. Es ist genau der Unterschied ob einer etwas aus dem Supermarkt mitnimmt oder es sich liefern lässt. Im einen Fall ist der Lieferdienst aktiv und im andern Fall der Kunde. Das Netz ist eher der Supermarkt. Die Kraftwerke beliefern das Netz, aber nicht die Kunden. Der Poynting Vektor ist jedoch ein Lieferdienst. Das passt jedoch nicht zum Netz mit der Möglichkeit der Selbstbedienung.
Genau das ist der Unterschied zwischen ontologischer und mathematischer Bedeutung.
Das Netz erlaubt die Leistungsentnahme mit U*I, und verlangt von den Kraftwerken genau den Ersatz für die ausgelieferte Ware. Die Poynting Vektor Story versucht nun zu beschreiben, wie das Netz das physikalisch macht. Seltsamerweise taucht bei dieser Beschreibung nicht einmal der Begriff "Leitfähigkeit" auf. Tut mir leid, ich halte diese physikalische Beschreibung, ohne die Leitfähigkeit zu erwähnen, für ziemlich daneben.

Wolfgang24-1 schrieb:

WL01 schrieb:

Wie das Gerät die Energie „empfängt“Das Gerät benötigt keine Funkantenne, weil die Drähte selbst die Empfangseinheit sind:Geführte Wellen: Die Kupferdrähte zwingen das EM-Feld dazu, an ihnen entlangzuwandern, statt sich unkontrolliert im Raum auszubreiten.Energieumwandlung im Bauteil: Im Inneren des Geräts (z. B. im Heizdraht eines Toasters oder in der Spule eines Motors) bricht das EM-Feld in das Material ein. Dort bringt es die Elektronen im Metall zum Schwingen oder Fließen.

Entschuldigung, das ist totaler Blödsinn und geht völlig an der mechanischen und thermischen Wirkung von Strömen vorbei. Längs des elektrischen Widerstandes des Gerätes gibt es nach dem Einschalten ein Spannungsgefälle, ein elektrisches Feld. Dieses Feld bewegt freie Ladungsträger, die entweder Wärme oder über Magnetfelder Kräfte abgeben. 
Da bricht von außen nichts in das Gerät hinein. Weshalb sollte auch etwas in das Gerät hineinströmen? Wie zwingt denn ein Kupferdraht irgend welche Wellen dazu, an ihm entlang zu wandern um dann irgendwo einzudringen?
Das Spannungsgefälle von 230V besteht zwischen den beiden elektrischen Anschlusspolen und entfaltet sein Wirkung entsprechend dem dazwischengeschalteten Widerstand. Da ist irgend eine Einwanderung von Leistung aus Wellen doch überflüssig. Das Spannungsgefälle reicht doch völlig aus, um das Gerät zu betreiben.

 

KI:
Warum deine Einwände nicht greifen

• „Es gibt ein Spannungsgefälle und das bewegt die Ladungsträger“ – ja, das ist der lokale Kraftmechanismus. Aber woher kommt die Energie, die die Träger dann als Wärme abgeben? Nicht aus dem Potentialunterschied allein (der ist nur die Potentialdifferenz), sondern aus dem Poynting-Fluss, der von außen eintritt. Ohne diesen Fluss gäbe es keine stationäre Leistung.
• „Weshalb sollte etwas hineinströmen?“ – Weil die Felder das so erzwingen. Die Oberflächenladungen auf den Drähten und am Gerät formen E und B so, dass der Energiefluss genau dorthin geht, wo er dissipiert wird.
• „Wie zwingt ein Kupferdraht Wellen dazu, an ihm entlang zu wandern?“ – Durch die Leitfähigkeits-Randbedingung. Gute Leiter halten E parallel zur Oberfläche und B tangential. Dadurch wird das Feld geführt, analog zu einem Hohlleiter oder einer Koaxialleitung. Bei Netzfrequenz ist die Wellenlänge riesig, aber die quasi-statische Feldkonfiguration ist dieselbe.
• „Das Spannungsgefälle reicht völlig aus“ – Für die Stromberechnung ja. Für die Energiebilanz und die Frage, wo die Energie transportiert wird, nein. Sonst müsstest du erklären, warum bei einem idealen Leiter (R = 0) trotz Strom keine Energie im Leiter selbst fließt, und warum die gesamte Leistung trotzdem am Verbraucher ankommt.

Die Vorstellung „Strom = Energietransport durch den Leiter“ ist eine nützliche Faustregel für den Alltag und für Kirchhoff-Rechnungen. Sie ist aber physikalisch unvollständig. Die Energie ist im elektromagnetischen Feld und fließt dort. Das Gerät „empfängt“ sie, indem das Feld an seiner Oberfläche eindringt und dort Arbeit leistet. Das ist der Standard der klassischen Elektrodynamik, nicht eine esoterische KI-Idee.
Wenn Du behauptest, es fließe gar keine Energie von A nach B, sondern alles sei „nur ein Regelprozess“, dann behauptest Du im Kern, dass Leistungserzeugung und Leistungsaufnahme örtlich und zeitlich entkoppelt seien und keine Energiebilanz zwischen Quelle und Verbraucher existiere. Das widerspricht nicht nur der Elektrodynamik, sondern der gesamten Physik und der alltäglichen Erfahrung.

Der angebliche Energiefluss durch den Raum ist lediglich eine lokale Bilanzbeschreibung ohne ontologische Bedeutung.

Wie groß ist die Leistungsbilanz?

Was ist der physikalische Mechanismus, durch den Quelle und Verbraucher gekoppelt sind?

„Energie ist ein Stoff, der von A nach B transportiert wird.“

„Die Leistung entsteht ausschließlich lokal durch Kraftkopplung.“

Der Poynting-Vektor bestimmt die elektromagnetische Leistungsbilanz, aber die Leistungsbilanz allein bestimmt nicht die physikalische Natur des zugrunde liegenden Quelle-Last-Mechanismus.

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

WL01 schrieb:

Wie das Gerät die Energie „empfängt“Das Gerät benötigt keine Funkantenne, weil die Drähte selbst die Empfangseinheit sind:Geführte Wellen: Die Kupferdrähte zwingen das EM-Feld dazu, an ihnen entlangzuwandern, statt sich unkontrolliert im Raum auszubreiten.Energieumwandlung im Bauteil: Im Inneren des Geräts (z. B. im Heizdraht eines Toasters oder in der Spule eines Motors) bricht das EM-Feld in das Material ein. Dort bringt es die Elektronen im Metall zum Schwingen oder Fließen.

Entschuldigung, das ist totaler Blödsinn und geht völlig an der mechanischen und thermischen Wirkung von Strömen vorbei. Längs des elektrischen Widerstandes des Gerätes gibt es nach dem Einschalten ein Spannungsgefälle, ein elektrisches Feld. Dieses Feld bewegt freie Ladungsträger, die entweder Wärme oder über Magnetfelder Kräfte abgeben. 
Da bricht von außen nichts in das Gerät hinein. Weshalb sollte auch etwas in das Gerät hineinströmen? Wie zwingt denn ein Kupferdraht irgend welche Wellen dazu, an ihm entlang zu wandern um dann irgendwo einzudringen?
Das Spannungsgefälle von 230V besteht zwischen den beiden elektrischen Anschlusspolen und entfaltet sein Wirkung entsprechend dem dazwischengeschalteten Widerstand. Da ist irgend eine Einwanderung von Leistung aus Wellen doch überflüssig. Das Spannungsgefälle reicht doch völlig aus, um das Gerät zu betreiben.



 

Nein, das ist kein „totaler Blödsinn“ – das ist Maxwell und Poynting. Deine Vorstellung ist die intuitive Schaltungs-Näherung, die für die Berechnung von Strömen und Spannungen funktioniert, aber die eigentliche Energiebilanz falsch lokalisiert.

Was wirklich passiert
Nach dem Einschalten baut sich entlang der Leitungen und am Verbraucher ein elektrisches Feld E und durch den Strom ein magnetisches Feld B auf. Der Energiefluss pro Fläche ist der Poynting-Vektor. 
In idealen Leitern (oder sehr guten Kupferdrähten) ist E im Inneren praktisch null → S im Leiterquerschnitt ist null. Die Energie fließt nicht mit den Elektronen im Metall, sondern im Feldraum um die Drähte herum. Die Drähte wirken als Führungsschienen für die Felder (Oberflächenladungen erzwingen die Randbedingungen). Am Widerstand (Heizdraht, Motorwicklung etc.) biegt sich E so, dass S radial von außen in das Bauteil hineinzeigt (daher umgangssprachlich von mir "bricht das EM-Feld in das Material ein" bezeichnet). Genau dort wird die Feldenergie in Wärme oder mechanische Arbeit umgewandelt. Die Bilanz ∮S⋅dA \oint \mathbf{S} \cdot d\mathbf{A} ∮S⋅dA ergibt exakt U⋅I U \cdot I U⋅I.

Das ist keine Spekulation. Es folgt direkt aus den Maxwell-Gleichungen und dem Energieerhaltungssatz (Poynting-Theorem). Feynman hat es in den Lectures explizit so beschrieben: Die Elektronen im Widerstand bekommen ihre Energie nicht „entlang des Drahtes“, sondern aus dem Feld, das von außen in den Draht fließt. Dieselbe Rechnung gilt für Gleichstrom und für 50-Hz-Wechselstrom (die Felder kehren gleichzeitig um, S zeigt weiter vom Generator zum Verbraucher).

KI:
Warum deine Einwände nicht greifen

• „Es gibt ein Spannungsgefälle und das bewegt die Ladungsträger“ – ja, das ist der lokale Kraftmechanismus. Aber woher kommt die Energie, die die Träger dann als Wärme abgeben? Nicht aus dem Potentialunterschied allein (der ist nur die Potentialdifferenz), sondern aus dem Poynting-Fluss, der von außen eintritt. Ohne diesen Fluss gäbe es keine stationäre Leistung.
• „Weshalb sollte etwas hineinströmen?“ – Weil die Felder das so erzwingen. Die Oberflächenladungen auf den Drähten und am Gerät formen E und B so, dass der Energiefluss genau dorthin geht, wo er dissipiert wird.
• „Wie zwingt ein Kupferdraht Wellen dazu, an ihm entlang zu wandern?“ – Durch die Leitfähigkeits-Randbedingung. Gute Leiter halten E parallel zur Oberfläche und B tangential. Dadurch wird das Feld geführt, analog zu einem Hohlleiter oder einer Koaxialleitung. Bei Netzfrequenz ist die Wellenlänge riesig, aber die quasi-statische Feldkonfiguration ist dieselbe.
• „Das Spannungsgefälle reicht völlig aus“ – Für die Stromberechnung ja. Für die Energiebilanz und die Frage, wo die Energie transportiert wird, nein. Sonst müsstest du erklären, warum bei einem idealen Leiter (R = 0) trotz Strom keine Energie im Leiter selbst fließt, und warum die gesamte Leistung trotzdem am Verbraucher ankommt.

Die Vorstellung „Strom = Energietransport durch den Leiter“ ist eine nützliche Faustregel für den Alltag und für Kirchhoff-Rechnungen. Sie ist aber physikalisch unvollständig. Die Energie ist im elektromagnetischen Feld und fließt dort. Das Gerät „empfängt“ sie, indem das Feld an seiner Oberfläche eindringt und dort Arbeit leistet. Das ist der Standard der klassischen Elektrodynamik, nicht eine esoterische KI-Idee.
Wenn Du behauptest, es fließe gar keine Energie von A nach B, sondern alles sei „nur ein Regelprozess“, dann behauptest Du im Kern, dass Leistungserzeugung und Leistungsaufnahme örtlich und zeitlich entkoppelt seien und keine Energiebilanz zwischen Quelle und Verbraucher existiere. Das widerspricht nicht nur der Elektrodynamik, sondern der gesamten Physik und der alltäglichen Erfahrung.

PS:
Die Funktion eines Zangenampermeters ist Dir bekannt?

WL01 schrieb:

Du trennst Bilanz und Mechanismus so, als gäbe es den Poynting-Vektor nur als Buchhaltung. Das ist falsch.Der Poynting-Vektor ist nicht ‚nur eine lokale Bilanz‘. Er ist die lokale Energiestromdichte des elektromagnetischen Feldes – und das Feld ist die physikalische Realität, die Quelle und Last koppelt. Ohne das Feld gibt es keine Wirkung über den Raum hinweg. Die Gleichung ∮S⋅dA=UI \oint\mathbf{S}\cdot d\mathbf{A}=UI ∮S⋅dA=UI sagt nicht nur ‚wie groß die Leistung ist‘, sondern wo und wie die Energie fließt: durch den Raum, nicht durch den Draht.Wer das als ‚reine Bilanz ohne ontologische Bedeutung‘ abtut, muss erklären, was dann den Verbraucher antreibt, wenn die Felder nichts transportieren. Kraftkopplung ohne Energiefluss ist keine Erklärung, sondern eine Ausrede. Die Maxwell-Gleichungen + Poynting liefern beides: Bilanz und Mechanismus. Alles andere ist Philosophie auf Kosten der Physik.“Das trifft den Kern: Er versucht, die ontologische Bedeutung wegzudefinieren, indem er „Bilanz“ gegen „Mechanismus“ ausspielt. Die Antwort macht klar, dass der Poynting-Vektor beides ist und dass seine Position den eigentlichen Träger der Energie (das Feld) leugnet.

So, das wars aber, jede Diskussion mit Dir ist sinnlos, ich hätte mich daran halten sollen!

Wolfgang24-1 schrieb:

Da ist kein wie auch immer gearteter Energiefluss von elektromagnetischen Wellen, die von außen hereinkommen, mit im Spiel.

Wolfgang24-1 schrieb:

Tja, die Bilanz ist richtig aber der Mechanismus ist falsch. Im Volumen um Leiter herum findet kein Energietransport statt. Die Leistung U*I wird dadurch im Widerstand freigesetzt, dass der Strom I von der Spannungsdifferenz U, gegen den Widerstand R=U/I angetrieben wird.
Irgend ein geführter Energiefluss um Leiter herum hat keinerlei physikalische Notwendigkeit und ist daher völlig unbegründet.
Nur bei elektromagnetischer Strahlung verkörpert der Poynting Vektor den tatsächlichen Energiefluss. Das ist immer dann der Fall, wenn sich das elektrische und das magnetische Feld im Poynting Vektor gegenseitig induziert. Sobald diese gegenseitige Induktionsbedingung nicht gilt, dann transportiert der Poynting Vektor keine Energie und verkörpert nur noch eine Bilanz.


 

Wolfgang24-1 schrieb:

Nur bei elektromagnetischer Strahlung verkörpert der Poynting Vektor den tatsächlichen Energiefluss. Das ist immer dann der Fall, wenn sich das elektrische und das magnetische Feld im Poynting Vektor gegenseitig induziert.

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Da ist kein wie auch immer gearteter Energiefluss von elektromagnetischen Wellen, die von außen hereinkommen, mit im Spiel.

Falsch!
Der Schlussatz ist Quatsch: Die Energie fließt nicht im Draht mit den Elektronen, sondern über die elektromagnetischen Felder außerhalb der Leiter (Poynting-Vektor). Die Drähte führen die Felder nur.

Wolfgang24-1 schrieb:

Tja, die Bilanz ist richtig aber der Mechanismus ist falsch. Im Volumen um Leiter herum findet kein Energietransport statt. Die Leistung U*I wird dadurch im Widerstand freigesetzt, dass der Strom I von der Spannungsdifferenz U, gegen den Widerstand R=U/I angetrieben wird.
Irgend ein geführter Energiefluss um Leiter herum hat keinerlei physikalische Notwendigkeit und ist daher völlig unbegründet.
Nur bei elektromagnetischer Strahlung verkörpert der Poynting Vektor den tatsächlichen Energiefluss. Das ist immer dann der Fall, wenn sich das elektrische und das magnetische Feld im Poynting Vektor gegenseitig induziert. Sobald diese gegenseitige Induktionsbedingung nicht gilt, dann transportiert der Poynting Vektor keine Energie und verkörpert nur noch eine Bilanz.

 

Noch falscher.
Poyntings Theorem gilt auch im statischen und quasistatischen Fall, nicht nur bei Strahlung. Die Felder um die Leiter transportieren die Energie – das ist keine „Bilanzspielerei“, sondern die lokale Energieerhaltung aus den Maxwell-Gleichungen.Ohne diesen Fluss von außen in den Widerstand hinein gäbe es keine Leistung U * I  Deine „nur gegenseitige Induktion“-Bedingung ist frei erfunden.

Ich persönlich habe dazu noch eine andere zusätzliche Interpretation, die aber hier, insbesonders für Dich nicht relevant ist.

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Da ist kein wie auch immer gearteter Energiefluss von elektromagnetischen Wellen, die von außen hereinkommen, mit im Spiel.

Falsch!
Der Schlussatz ist Quatsch: Die Energie fließt nicht im Draht mit den Elektronen, sondern über die elektromagnetischen Felder außerhalb der Leiter (Poynting-Vektor). Die Drähte führen die Felder nur.

Wolfgang24-1 schrieb:

Tja, die Bilanz ist richtig aber der Mechanismus ist falsch. Im Volumen um Leiter herum findet kein Energietransport statt. Die Leistung U*I wird dadurch im Widerstand freigesetzt, dass der Strom I von der Spannungsdifferenz U, gegen den Widerstand R=U/I angetrieben wird.
Irgend ein geführter Energiefluss um Leiter herum hat keinerlei physikalische Notwendigkeit und ist daher völlig unbegründet.
Nur bei elektromagnetischer Strahlung verkörpert der Poynting Vektor den tatsächlichen Energiefluss. Das ist immer dann der Fall, wenn sich das elektrische und das magnetische Feld im Poynting Vektor gegenseitig induziert. Sobald diese gegenseitige Induktionsbedingung nicht gilt, dann transportiert der Poynting Vektor keine Energie und verkörpert nur noch eine Bilanz.


 

Noch falscher.
Poyntings Theorem gilt auch im statischen und quasistatischen Fall, nicht nur bei Strahlung. Die Felder um die Leiter transportieren die Energie – das ist keine „Bilanzspielerei“, sondern die lokale Energieerhaltung aus den Maxwell-Gleichungen.Ohne diesen Fluss von außen in den Widerstand hinein gäbe es keine Leistung U * I  Deine „nur gegenseitige Induktion“-Bedingung ist frei erfunden.

Ich persönlich habe dazu noch eine andere zusätzliche Interpretation, die aber hier, insbesonders für Dich nicht relevant ist.

Wolfgang24-1 schrieb:

Diesen Fluss von außen kann man aber nicht detektieren. Den hat noch keiner nachgewiesen. 

KI:
1. Klassische Visualisierung (Jefimenko und Nachfolger)
Oleg Jefimenko hat in den 1960er-Jahren gezeigt, dass außerhalb von stromdurchflossenen Widerstandsleitern ein elektrisches Feld existiert. Er legte hohe Gleichspannungen (kV-Bereich) an resistive Streifen an und streute Grashalme oder ähnliche polarisierbare Partikel in Öl. Die Partikel richteten sich entlang der Feldlinien aus und machten das äußere E-Feld sichtbar.Eine modernere, einfachere Variante (Jacobs, de Salazar & Nassar, American Journal of Physics 2010) verwendet eine Mischung aus PTFE-(Teflon-)Dichtmasse und Mineralöl. Ein stromführender Kupferdraht wird hineingelegt (ebenfalls mit mehreren kV betrieben). Die PTFE-Partikel lagern sich zu Strängen zusammen und richten sich senkrecht zum Draht entlang der elektrischen Feldlinien aus. So wird das von den Oberflächenladungen erzeugte äußere Feld direkt sichtbar.

2. Elektrostatische Kraftwirkungen
Bei einer Kette von Hochohmwiderständen mit hoher Spannung (z. B. ±5 kV) kann man mit einem neutralen, beweglich aufgehängten Metallplättchen oder Strohhalm die Oberflächenladungen nachweisen:

• Am einen Ende der Kette wird das Plättchen angezogen und nach Kontakt abgestoßen (eine Polarität).
• Am anderen Ende zeigt sich die entgegengesetzte Polarität.
• In der Mitte (wo die Oberflächenladung etwa null ist) passiert praktisch nichts.

Das ist ein direkter Nachweis der ungleichmäßigen Oberflächenladungsverteilung, die das treibende E-Feld im Leiter und zugleich das äußere Feld erzeugt.

Wolfgang24-1 schrieb:

Wie stellst du dir dazu den Beitrag des ominösen äußeren Flusses vor?

KI:
Lokale Energiebilanz (Poyntings Theorem)
Im stationären Fall (∂/∂t=0) lautet die lokale Energieerhaltung: ∇⋅S=−J⋅E

• Rechts steht die Leistung pro Volumen, die das elektromagnetische Feld an die Ladungsträger abgibt (im ohmschen Widerstand genau die Joulesche Wärme J⋅E=ρJ²).
• Links steht die Divergenz des Poynting-Vektors. Eine negative Divergenz bedeutet: Es strömt mehr Feldenergie in ein Volumenelement hinein, als hinaus. Genau diese einströmende Feldenergie wird in Wärme umgewandelt.

Im Widerstand zeigt S von außen nach innen. Integriert man über das gesamte Volumen des Widerstands, erhält man:

Der gesamte Energiefluss, der durch die Oberfläche des Widerstands von außen hereinkommt, ist also exakt gleich der im Widerstand freigesetzten Leistung. Es gibt keine andere Quelle.

Was passiert mikroskopisch?
Die Elektronen im Widerstand werden vom elektrischen Feld beschleunigt und geben ihre kinetische Energie durch Stöße an das Gitter ab (Wärme). Das elektrische Feld selbst wird aber nicht „verbraucht“ – es bleibt stationär. Die Energie, die die Elektronen aufnehmen und abgeben, muss dem Feld kontinuierlich von außen nachgeliefert werden. Genau das leistet der einströmende Poynting-Vektor.
Ohne diesen äußeren Fluss gäbe es keine lokale Energieerhaltung: Im Widerstand würde ständig Energie verschwinden, ohne dass irgendwo Energie ankommt. Das widerspricht den Maxwell-Gleichungen.

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Diesen Fluss von außen kann man aber nicht detektieren. Den hat noch keiner nachgewiesen. 

Falsch!

KI:
1. Klassische Visualisierung (Jefimenko und Nachfolger)
Oleg Jefimenko hat in den 1960er-Jahren gezeigt, dass außerhalb von stromdurchflossenen Widerstandsleitern ein elektrisches Feld existiert. Er legte hohe Gleichspannungen (kV-Bereich) an resistive Streifen an und streute Grashalme oder ähnliche polarisierbare Partikel in Öl. Die Partikel richteten sich entlang der Feldlinien aus und machten das äußere E-Feld sichtbar.Eine modernere, einfachere Variante (Jacobs, de Salazar & Nassar, American Journal of Physics 2010) verwendet eine Mischung aus PTFE-(Teflon-)Dichtmasse und Mineralöl. Ein stromführender Kupferdraht wird hineingelegt (ebenfalls mit mehreren kV betrieben). Die PTFE-Partikel lagern sich zu Strängen zusammen und richten sich senkrecht zum Draht entlang der elektrischen Feldlinien aus. So wird das von den Oberflächenladungen erzeugte äußere Feld direkt sichtbar.

2. Elektrostatische Kraftwirkungen
Bei einer Kette von Hochohmwiderständen mit hoher Spannung (z. B. ±5 kV) kann man mit einem neutralen, beweglich aufgehängten Metallplättchen oder Strohhalm die Oberflächenladungen nachweisen:

• Am einen Ende der Kette wird das Plättchen angezogen und nach Kontakt abgestoßen (eine Polarität).
• Am anderen Ende zeigt sich die entgegengesetzte Polarität.
• In der Mitte (wo die Oberflächenladung etwa null ist) passiert praktisch nichts.

Das ist ein direkter Nachweis der ungleichmäßigen Oberflächenladungsverteilung, die das treibende E-Feld im Leiter und zugleich das äußere Feld erzeugt.

PS:

Wolfgang24-1 schrieb:

Wie stellst du dir dazu den Beitrag des ominösen äußeren Flusses vor?

KI:
Lokale Energiebilanz (Poyntings Theorem)
Im stationären Fall (∂/∂t=0) lautet die lokale Energieerhaltung: ∇⋅S=−J⋅E

• Rechts steht die Leistung pro Volumen, die das elektromagnetische Feld an die Ladungsträger abgibt (im ohmschen Widerstand genau die Joulesche Wärme J⋅E=ρJ²).
• Links steht die Divergenz des Poynting-Vektors. Eine negative Divergenz bedeutet: Es strömt mehr Feldenergie in ein Volumenelement hinein, als hinaus. Genau diese einströmende Feldenergie wird in Wärme umgewandelt.

Im Widerstand zeigt S von außen nach innen. Integriert man über das gesamte Volumen des Widerstands, erhält man:

Der gesamte Energiefluss, der durch die Oberfläche des Widerstands von außen hereinkommt, ist also exakt gleich der im Widerstand freigesetzten Leistung. Es gibt keine andere Quelle.

Was passiert mikroskopisch?
Die Elektronen im Widerstand werden vom elektrischen Feld beschleunigt und geben ihre kinetische Energie durch Stöße an das Gitter ab (Wärme). Das elektrische Feld selbst wird aber nicht „verbraucht“ – es bleibt stationär. Die Energie, die die Elektronen aufnehmen und abgeben, muss dem Feld kontinuierlich von außen nachgeliefert werden. Genau das leistet der einströmende Poynting-Vektor.
Ohne diesen äußeren Fluss gäbe es keine lokale Energieerhaltung: Im Widerstand würde ständig Energie verschwinden, ohne dass irgendwo Energie ankommt. Das widerspricht den Maxwell-Gleichungen.

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Diesen Fluss von außen kann man aber nicht detektieren. Den hat noch keiner nachgewiesen. 

Falsch!

KI:
1. Klassische Visualisierung (Jefimenko und Nachfolger)
Oleg Jefimenko hat in den 1960er-Jahren gezeigt, dass außerhalb von stromdurchflossenen Widerstandsleitern ein elektrisches Feld existiert. Er legte hohe Gleichspannungen (kV-Bereich) an resistive Streifen an und streute Grashalme oder ähnliche polarisierbare Partikel in Öl. Die Partikel richteten sich entlang der Feldlinien aus und machten das äußere E-Feld sichtbar.Eine modernere, einfachere Variante (Jacobs, de Salazar & Nassar, American Journal of Physics 2010) verwendet eine Mischung aus PTFE-(Teflon-)Dichtmasse und Mineralöl. Ein stromführender Kupferdraht wird hineingelegt (ebenfalls mit mehreren kV betrieben). Die PTFE-Partikel lagern sich zu Strängen zusammen und richten sich senkrecht zum Draht entlang der elektrischen Feldlinien aus. So wird das von den Oberflächenladungen erzeugte äußere Feld direkt sichtbar.

2. Elektrostatische Kraftwirkungen
Bei einer Kette von Hochohmwiderständen mit hoher Spannung (z. B. ±5 kV) kann man mit einem neutralen, beweglich aufgehängten Metallplättchen oder Strohhalm die Oberflächenladungen nachweisen:

• Am einen Ende der Kette wird das Plättchen angezogen und nach Kontakt abgestoßen (eine Polarität).
• Am anderen Ende zeigt sich die entgegengesetzte Polarität.
• In der Mitte (wo die Oberflächenladung etwa null ist) passiert praktisch nichts.

Das ist ein direkter Nachweis der ungleichmäßigen Oberflächenladungsverteilung, die das treibende E-Feld im Leiter und zugleich das äußere Feld erzeugt.

PS:

Wolfgang24-1 schrieb:

Wie stellst du dir dazu den Beitrag des ominösen äußeren Flusses vor?

KI:
Lokale Energiebilanz (Poyntings Theorem)
Im stationären Fall (∂/∂t=0) lautet die lokale Energieerhaltung: ∇⋅S=−J⋅E

• Rechts steht die Leistung pro Volumen, die das elektromagnetische Feld an die Ladungsträger abgibt (im ohmschen Widerstand genau die Joulesche Wärme J⋅E=ρJ²).
• Links steht die Divergenz des Poynting-Vektors. Eine negative Divergenz bedeutet: Es strömt mehr Feldenergie in ein Volumenelement hinein, als hinaus. Genau diese einströmende Feldenergie wird in Wärme umgewandelt.

Im Widerstand zeigt S von außen nach innen. Integriert man über das gesamte Volumen des Widerstands, erhält man:

Der gesamte Energiefluss, der durch die Oberfläche des Widerstands von außen hereinkommt, ist also exakt gleich der im Widerstand freigesetzten Leistung. Es gibt keine andere Quelle.

Was passiert mikroskopisch?
Die Elektronen im Widerstand werden vom elektrischen Feld beschleunigt und geben ihre kinetische Energie durch Stöße an das Gitter ab (Wärme). Das elektrische Feld selbst wird aber nicht „verbraucht“ – es bleibt stationär. Die Energie, die die Elektronen aufnehmen und abgeben, muss dem Feld kontinuierlich von außen nachgeliefert werden. Genau das leistet der einströmende Poynting-Vektor.
Ohne diesen äußeren Fluss gäbe es keine lokale Energieerhaltung: Im Widerstand würde ständig Energie verschwinden, ohne dass irgendwo Energie ankommt. Das widerspricht den Maxwell-Gleichungen.

Z. schrieb:

Moin

hoffe, dass sich der Faden baldigst wieder mit sinnvollem weiterführen lässt.
Ausstehend wäre noch die on-shell und WL01 Bewertung.

Grüße Z.

Wolfgang24-1 schrieb:

Siehst du denn nicht, dass diese Gleichung deine Behauptung direkt widerlegt:
Das Oberflächenintegral über den Poynting Vektor S ergibt tatsächlich die umgesetzte Leistung. Aber das Volumenintegral über Stromdichte mal spezifischem Widerstand liefert direkt diese Leistung mit Beiträgen überall dort, wo Strom fließt. Dabei reguliert nur die spezifische Widerstandsverteilung die Stromdichteverteilung. Ein wie auch immer gearteter Einfluss eines von außen kommenden Energieflusses ist nicht nachweisbar.
Etwas exakter ausgedrückt:
Die lokale Joule-Dissipation ist durch J(r) und ρ(r) vollständig bestimmbar. Der Poynting-Fluss reproduziert diese Leistung als Oberflächenbilanz, fügt aber für die Berechnung der lokalen Dissipation keine zusätzliche unabhängige physikalische Variable hinzu. Daher muss eine Behauptung, der Poynting-Fluss sei der kausale Mechanismus der Leistungsübertragung, über die bloße Identität der beiden Bilanzformen hinaus begründet werden.
Was wäre denn dazu deine physikalisch und ontologisch fundierte Begründung?
 

KI:
Nein, falsch – die Gleichung widerlegt nichts. Sie bestätigt die Behauptung.
∇⋅S = −J⋅E ist keine bloße Bilanz-Identität, die man nach Belieben umdeuten kann. Sie ist die lokale Aussage der Maxwell-Gleichungen: Die einzige Stelle, an der elektromagnetische Feldenergie in mechanische/thermische Energie übergeht, ist dort, wo S einströmt. Das Volumenintegral über ρJ² liefert denselben Zahlenwert – aber es sagt nicht, woher die Energie kommt. Es setzt sie einfach voraus.Ohne den äußeren Poynting-Fluss verschwindet Energie im Widerstand, ohne dass irgendwo Energie ankommt. Das ist mit den Maxwell-Gleichungen unverträglich. Genau deshalb ist der äußere Fluss nicht „nicht nachweisbar“, sondern die notwendige Konsequenz der Feldgleichungen selbst.
Die Frage nach einer „physikalisch und ontologisch fundierten Begründung über die Identität hinaus“ ist daher gegenstandslos: Die Begründung ist die Maxwell-Theorie.

Wer mehr verlangt, verlangt etwas außerhalb der Physik.