Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

Wolfgang24-1 schrieb:

WL01:...Spannung bleibt bestehen. weil sie im Leiter nicht abfällt....
Und wenn Du den Schalter ausschaltest, bleibt die Spannung natürlich aufrecht und fällt nicht ab?? Und wo fließt nun der Strom? Oder anders ausgedrückt, wo werden die freien Landungsträger auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt?

• Im Zentrum des Leiters,
• am Rande des Leiters,
• oder um den Leiter im EM-Feld?

Die freien Ladungsträger werden doch nicht auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Sie werden nur solange beschleunigt, bis sie an etwas anstoßen.
Nein, das hat doch mit dem Poynting-Vektor nichts zu tun. Trotz diesem "beschleunigt werden" und dann "durch Kollisionen wieder abgebremst werden" ergibt sich für die freien Ladungsträger nur eine recht langsame Driftgeschwindigkeit.
Das elektrische Feld versucht natürlich alle Ladungsträger zu beschleunigen. Aber nur bei den freien Ladungsträgern gelingt das. Aber ein Poynting Vektor spielt da nicht mit.

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

WL01:...Spannung bleibt bestehen. weil sie im Leiter nicht abfällt....
Und wenn Du den Schalter ausschaltest, bleibt die Spannung natürlich aufrecht und fällt nicht ab?? Und wo fließt nun der Strom? Oder anders ausgedrückt, wo werden die freien Landungsträger auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt?

• Im Zentrum des Leiters,
• am Rande des Leiters,
• oder um den Leiter im EM-Feld?

Die freien Ladungsträger werden doch nicht auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Sie werden nur solange beschleunigt, bis sie an etwas anstoßen.
Nein, das hat doch mit dem Poynting-Vektor nichts zu tun. Trotz diesem "beschleunigt werden" und dann "durch Kollisionen wieder abgebremst werden" ergibt sich für die freien Ladungsträger nur eine recht langsame Driftgeschwindigkeit.
Das elektrische Feld versucht natürlich alle Ladungsträger zu beschleunigen. Aber nur bei den freien Ladungsträgern gelingt das. Aber ein Poynting Vektor spielt da nicht mit.

Also zusammengefasst:
Du behauptest also, dass sich der Strom mit Driftgeschwindigkeit (1mm/s) IM Leiter ausbreitet? Wohlgemerkt vergleiche Zustand Schalter (egal ob beim Verbraucher, oder im Umspannwerk) ein/ausgeschaltet!
Wenn nicht, bitte beantworte die von mir gestellten Fragen!


 

Wolfgang24-1 schrieb:

Nein, der Strom breitet sich nicht aus. Er ist instantan überall dort vorhanden wo ein Spannungsgefälle existiert. Aber der Strom erlaubt keine Stauungen (Divergenzen), weil die sofort zu Spannungen führen würden. D.h. die Bedingungen, die zu einem Stromfluss führen, die breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Im Übrigen generiert der Strom das Magnetfeld, das sich dann im Poynting-Vektor um die Leiter herum befindet. Es ist nicht so, dass der Poynting-Vektor den Strom generiert. 
Also, die Kausalitätskette ist:
E-Werk->elektrisches Feld->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät"->Magnetfeld->Poynting-Vektor
und nicht (!)
E-Werk->Poynting-Vektor->Energietransport->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät".

Wolfgang24-1 schrieb:

die Bedingungen, die zu einem Stromfluss führen, die breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Wolfgang24-1 schrieb:

Im Übrigen generiert der Strom das Magnetfeld, das sich dann [...] um die Leiter herum befindet.

Wolfgang24-1 schrieb:

dass die Spannung zwischen den Leitungsenden bestehen bleibt, weil sie im Leiter nicht abfällt.

Wolfgang24-1 schrieb:

Das elektrische Feld um die Leitungen herum hat dabei keinerlei Funktion.

Wolfgang24-1 schrieb:

Einen äußeren Poynting Vektor benötigt dieser Mechanismus nicht.

Wolfgang24-1 schrieb:

Es ist nicht so, dass der Poynting-Vektor den Strom generiert.

Wolfgang24-1 schrieb:

Also, die Kausalitätskette ist:
E-Werk->elektrisches Feld->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät"->Magnetfeld->Poynting-Vektor

WL01 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Nein, der Strom breitet sich nicht aus. Er ist instantan überall dort vorhanden wo ein Spannungsgefälle existiert. Aber der Strom erlaubt keine Stauungen (Divergenzen), weil die sofort zu Spannungen führen würden. D.h. die Bedingungen, die zu einem Stromfluss führen, die breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Im Übrigen generiert der Strom das Magnetfeld, das sich dann im Poynting-Vektor um die Leiter herum befindet. Es ist nicht so, dass der Poynting-Vektor den Strom generiert. 
Also, die Kausalitätskette ist:
E-Werk->elektrisches Feld->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät"->Magnetfeld->Poynting-Vektor
und nicht (!)
E-Werk->Poynting-Vektor->Energietransport->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät".

Es ist sehr schwer deine Denkweise aus dir herauszuholen, aber ich möchts jetzt wissen:
Also noch einmal:
Auf der einen Seite ein EM-Feld, inklusive Spannung und Stromstärke, inklusive Poynting-Vektor, dann ein Schalter, auf der anderen Seite NICHTS.
Dann lege ich den Schalter um: Es entsteht sofort ein Spannungsgefälle in der (zugeschaltenen) Leitung und es baut sich dort ein Elektrisches Feld auf, wobei dieser Aufbau (die Bedingungen, die zu einem Stromfluss führen) sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Also kommt es somit IM LEITER zum Transport von Photonen (oder Elektronen mit LG?), die den Stromfluss vom Schalter zum Verbraucher tragen? Magnetfeld und Poynting-Vektor sind somit nur unnützes Beiwerk? 

Eclipse4 post=13684 userid=21136

Wolfgang24-1 post=13682 userid=21052
die Bedingungen, die zu einem Stromfluss führen, die breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Einzige Bedingung ist ein E-Feld.

Nehmen wir einen langen Draht mit einem Schalter:

Batterie ── Schalter ───────────────── Widerstand

Vor dem Einschalten fließt kein stationärer Strom.
Beim Schließen des Schalters breitet sich die Änderung des elektromagnetischen Feldes entlang der Leitung aus. Sie kann sich nicht instantan ausbreiten, sondern höchstens mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung der Lichtgeschwindigkeit im jeweiligen Leitungsmedium. Erst wenn die Feldänderung einen bestimmten Abschnitt erreicht, wird dort das elektrische Feld verändert und die Ladungsträger beginnen, ihre Driftbewegung entsprechend anzupassen.

Es entsteht also ein Strom nur im Bereich zwischen Schalter und den Punkten im Leiter, den das E-Feld bzw. die Spannungsänderung bereits erreicht hat. Die Ausbreitungsrichtung ist die des Poynting-Vektors S (Das habe ich dir in #13674 schon erklärt :Deine Erklärung ist aber falsch, denn ohne den Stromfluss gibt es kein Magnetfeld und dann auch keinen Poynting Vektor.  
Oberer Leiter
───────────────────┐
↓     S S S        │
↓ E   → → →        R​​​​
↓                  │
───────────────────┘  
unterer Leiter

Wolfgang24-1 post=13682 userid=21052
Im Übrigen generiert der Strom das Magnetfeld, das sich dann [...] um die Leiter herum befindet.

Richtig, Magnetfeld und Poynting-Vektor existieren ebenfalls nur in dem Bereich um den Leiter, den das E-Feld bereits erreicht hat. 

Das ganze ist und bleibt ein dynamischer Vorgang, auch nachdem E-Feld und B-Feld den Widerstand erreicht haben und ein konstanter Strom im ganzen Leiter fließt. Du behauptetst zwar,

Wolfgang24-1 post=13675 userid=21052
dass die Spannung zwischen den Leitungsenden bestehen bleibt, weil sie im Leiter nicht abfällt.

Die Spannung muss aber im Leiter permanent dynamisch aufrecht erhalten werden, eben weil sie im Widerstand abfällt. So wie sich die Spannung nach dem Einschalten zunächst vom Schalter zum Widerstand fortpflanzt (auch im idealen Leiter), muss sie sich am Anschluss zum Widerstand durch nachrückende Ladungen permanent zum Widerstand hin weiter fortpflanzen. Offenbar hast du Schwierigkeiten, dir diese Dynamik zu vergegenwärtigen.

Die Spannung im E-Feld ist nur dort erhalten, wo sich gleich viele Ladungen befinden. Ladungen, die in den Widerstand eintreten, befinden sich aber nicht mehr am Anschluss der Zuleitung, was dort die Spannung senkt. Zum Ausgleich muss sie sozusagen nachfließen. Da spielt immer ein Zeitfaktor mit, denn Energie ist bekanntlich Leistung*Zeit.

Der Strom fließt gleichmäßig überall in den Leitungen und verursacht lediglich den stationären Spannungsabfall R*I entsprechend den lokalen Widerstandsverhältnissen.

Wolfgang24-1 post=13675 userid=21052Das elektrische Feld um die Leitungen herum hat dabei keinerlei Funktion.

Es verkörpert die Spannung zwischen Hin- und Rückleitung, auch direkt an den Anschlüssen zum Widerstand bzw. Verbraucher als Energieumwandler.
Ja, das ist richtig, aber nur die Spannung zwischen den Leitungsenden hat eine Funktion, wenn etwas Leitfähiges  daran angeschlossen wird.

Wolfgang24-1 post=13676 userid=21052
Einen äußeren Poynting Vektor benötigt dieser Mechanismus nicht.

Dann benötigt er wohl auch keine vollständige Beschreibung.
"Elektrisches Feld trifft auf freie Ladungsträger" ist eine vollständige Beschreibung für die Stromerzeugung.

ZITAT KI:
Die elektrische Leistung, die der Widerstand aufnimmt, kann vollständig als elektromagnetischer Energiefluss durch den umgebenden Raum beschrieben werden.
Mathematisch ist genau das die Bedeutung des Poynting-Theorems.

Man sollte sich dabei nicht vorstellen, dass die Energie wie ein Stoff zwischen den Drähten entlangströmt. Der Poynting-Vektor beschreibt die lokale Energieflussdichte des elektromagnetischen Feldes. Die Energie befindet sich dabei nicht als „Substanz“ an bestimmten Punkten, sondern die elektromagnetische Feldenergie wird kontinuierlich übertragen.
ZITAT ENDE
Ja das ist eine Erklärung, bei der rein mathematische Formeln eine völlig unbegründete allgemeine physikalische Bedeutung bekommen. Die Bedingung, dass sich dafür die Felder gegenseitig induzieren müssen, ist auf der Strecke geblieben.

Wolfgang24-1 post=13682 userid=21052
Es ist nicht so, dass der Poynting-Vektor den Strom generiert.

Das hat auch nie jemand behauptet. Es ist ein Strohmann-Argument.
Ja was macht denn dann der Poynting Vektor?

Wolfgang24-1 post=13682 userid=21052
Also, die Kausalitätskette ist:
E-Werk->elektrisches Feld->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät"->Magnetfeld->Poynting-Vektor

Strom fließt auch im idealen Leiter ohne Leistungsabgabe dort.
Die Leistungsabgabe ist RI².

Das hat auch nie jemand behauptet. Es ist ein Strohmann-Argument.

Wolfgang24-1 schrieb:

Meine Kommentare in Bold Letters

Es entsteht also ein Strom nur im Bereich zwischen Schalter und den Punkten im Leiter, den das E-Feld bzw. die Spannungsänderung bereits erreicht hat. Die Ausbreitungsrichtung ist die des Poynting-Vektors S (Das habe ich dir in #13674 schon erklärt :Deine Erklärung ist aber falsch, denn ohne den Stromfluss gibt es kein Magnetfeld und dann auch keinen Poynting Vektor. 

Der Strom fließt gleichmäßig überall in den Leitungen und verursacht lediglich den stationären Spannungsabfall R*I entsprechend den lokalen Widerstandsverhältnissen.

Das elektrische Feld um die Leitungen herum hat dabei keinerlei Funktion.

Es verkörpert die Spannung zwischen Hin- und Rückleitung, auch direkt an den Anschlüssen zum Widerstand bzw. Verbraucher als Energieumwandler.
Ja, das ist richtig, aber nur die Spannung zwischen den Leitungsenden hat eine Funktion, wenn etwas Leitfähiges daran angeschlossen wird.

ZITAT KI:
[...] Der Poynting-Vektor beschreibt die lokale Energieflussdichte des elektromagnetischen Feldes. Die Energie befindet sich dabei nicht als „Substanz“ an bestimmten Punkten, sondern die elektromagnetische Feldenergie wird kontinuierlich übertragen.
ZITAT ENDE

Ja das ist eine Erklärung, bei der rein mathematische Formeln eine völlig unbegründete allgemeine physikalische Bedeutung bekommen. Die Bedingung, dass sich dafür die Felder gegenseitig induzieren müssen, ist auf der Strecke geblieben.

Es ist nicht so, dass der Poynting-Vektor den Strom generiert.

Das hat auch nie jemand behauptet. Es ist ein Strohmann-Argument.
Ja was macht denn dann der Poynting Vektor?

Also, die Kausalitätskette ist:
E-Werk->elektrisches Feld->"Strom bei Leistungsabgabe im Elektrogerät"->Magnetfeld->Poynting-Vektor

Strom fließt auch im idealen Leiter ohne Leistungsabgabe dort.

Die Leistungsabgabe ist RI².

Eclipse4:Es entsteht also ein Strom nur im Bereich zwischen Schalter und den Punkten im Leiter, den das E-Feld bzw. die Spannungsänderung bereits erreicht hat. Die Ausbreitungsrichtung ist die des Poynting-Vektors S (Das habe ich dir  in #13674 schon erklärt  :

Strom erzeugen jedenfalls nicht. Nochmal: "Der Poynting-Vektor beschreibt die lokale Energieflussdichte des elektromagnetischen Feldes."

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4:Es entsteht also ein Strom nur im Bereich zwischen Schalter und den Punkten im Leiter, den das E-Feld bzw. die Spannungsänderung bereits erreicht hat. Die Ausbreitungsrichtung ist die des Poynting-Vektors S (Das habe ich dir  in #13674 schon erklärt

Hier ist die Rede von der Ausbreitungsrichtung des elektrischen Feldes. Solange sich erst das elektrische Feld ausbreitet, fließt noch kein Strom. Daher gibt es noch kein Magnetfeld und keinen Poynting Vektor.

Eclipse4 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4:Es entsteht also ein Strom nur im Bereich zwischen Schalter und den Punkten im Leiter, den das E-Feld bzw. die Spannungsänderung bereits erreicht hat. Die Ausbreitungsrichtung ist die des Poynting-Vektors S (Das habe ich dir  in #13674 schon erklärt

Hier ist die Rede von der Ausbreitungsrichtung des elektrischen Feldes. Solange sich erst das elektrische Feld ausbreitet, fließt noch kein Strom. Daher gibt es noch kein Magnetfeld und keinen Poynting Vektor.

Na sicher fließt Strom, während sich das E-Feld ausbreitet.

Man schließe zwei offene Drähte gleichzeitig mit einem Ende an die Pole einer Batterie an, dann fließen Elektronen vom Minuspol der Batterie in den einen Draht, entlang seiner ganzen Länge, und es fließen Elektronen vom anderen Draht in den Pluspol der Batterie, ebenfalls entlang der ganzen Länge.

Der Elektronen-Strom beginnt jeweils bei der Batterie und setzt sich durch die Drähte fort, und zwar mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit des E-Felds. Dieses ist an jeder Stelle nur durch die verschiedene Ladungsdichte gegeben. Die Drähte werden mit der Zeit geladen wie ein Kondensator, bis die Kapazität erreicht ist. Sie sind de facto ein Kondensator. Kondensatoren kann man nicht instantan laden und das E-Feld ist nicht instantan homogen im ganzen Zwischenraum.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4 schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4:Es entsteht also ein Strom nur im Bereich zwischen Schalter und den Punkten im Leiter, den das E-Feld bzw. die Spannungsänderung bereits erreicht hat. Die Ausbreitungsrichtung ist die des Poynting-Vektors S (Das habe ich dir  in #13674 schon erklärt

Hier ist die Rede von der Ausbreitungsrichtung des elektrischen Feldes. Solange sich erst das elektrische Feld ausbreitet, fließt noch kein Strom. Daher gibt es noch kein Magnetfeld und keinen Poynting Vektor.

Na sicher fließt Strom, während sich das E-Feld ausbreitet. [...]

[...] Aber mit dem technischen Betriebsstrom hat das nichts zu tun. Für diese Blindströme ist sogar der Poynting-Vektor anwendbar.

KI:
In der Wechselstromtechnik bedeutet Blindstrom normalerweise einen Stromanteil, der mit der Spannung um 90° phasenverschoben ist und im Mittel keine Wirkleistung überträgt. Der anfängliche Strom einer sich aufladenden Leitung ist dagegen zunächst ein transienter Wellen-/Einschaltstrom. Ihn „Blindstrom“ zu nennen, kann leicht zu einer falschen Vorstellung führen.

• dass es Strom ist (EMF im Leiter),
• dass sich ein E-Feld ausbreitet (zwischen den Leitern),
• dass sich ein Magnetfeld ausbreitet (um die Leiter und dazwischen),
• dass sich mit den Feldern der Poynting-Vektor ergibt,

1. Der Einschaltvorgang

Eine Leitung kann man bei schnellen Änderungen tatsächlich als System aus verteilten

• Induktivitäten L′ und
• Kapazitäten C′

pro Längeneinheit betrachten. Beim Einschalten breitet sich eine elektromagnetische Welle entlang der Leitung aus. Dabei gibt es zunächst tatsächlich einen Strom, der noch nicht der stationäre Betriebsstrom ist. Man könnte ihn daher meinetwegen Einschalt- oder Wellenstrom nennen. Er ist aber nicht grundsätzlich ein „Blindstrom“ im üblichen elektrotechnischen Sinn.

2. Ohne diesen transienten Vorgang gibt es keinen stationären Betriebsstrom

Das ist dagegen ein sehr guter Gedanke. Nehmen wir eine lange Leitung und schalten am Anfang eine Gleichspannungsquelle an:

Die Information „Spannung liegt jetzt an“ erreicht den entfernten Teil der Leitung erst nach einer endlichen Laufzeit. Dort stellen sich dann E-Feld und B-Feld ein, und entsprechend entsteht dort ein Strom.

Wenn am Ende ein Widerstand angeschlossen ist, wird aus dem zunächst transienten Vorgang der stationäre Zustand: P = UI = I²R​.
In diesem Sinn ist der stationäre Betriebsstrom tatsächlich die Fortsetzung des sich ausbreitenden elektromagnetischen Vorgangs.

Man muss nur sauber zwischen Energie in der Leitung und Energiefluss entlang der Leitung unterscheiden.

Unendlich lange offene Leitung

Stellen wir uns vor, die Quelle wird bei t=0 angeschlossen:
Quelle
│
├──────────────────────────────────────────────→ ∞
│
└──────────────────────────────────────────────→ ∞
Es gibt kein Ende, an dem die Welle reflektiert werden könnte. Die elektromagnetische Welle breitet sich deshalb immer weiter aus. Für jeden endlichen Zeitpunkt t ist nur ein endlicher Abschnitt der unendlich langen Leitung vom Einschaltvorgang erreicht:

 t₁:
Quelle ───────────────→ │
                  Feld vorhanden
t₂:
Quelle ─────────────────────────→ │
                                  Feld vorhanden
t₃:
Quelle ─────────────────────────────────→ │
                                           Feld vorhanden

Der Bereich rechts von der Front befindet sich weiterhin im ursprünglichen Zustand. Und tatsächlich fließt dort dauerhaft Energie.
Wenn die Leitung verlustlos ist, wird die von der Quelle gelieferte Energie nicht in Wärme umgewandelt. Sie wird vielmehr immer weiter in der Leitung gespeichert: E_gespeichert​(t) = Pt.

Die Energie wächst also linear mit der Zeit. Das ist keineswegs paradox, obwohl die Leitung unendlich lang ist. Zu jedem endlichen Zeitpunkt wurde nur ein endlicher Abschnitt erreicht.

Wenn beispielsweise die Leitung eine charakteristische Impedanz Z0​ besitzt, gilt für die laufende Welle 

Diese Leistung fließt permanent nach „rechts“, obwohl es dort niemals einen Verbraucher gibt.

Und hier wird Ihre ursprüngliche Idee sehr interessant

Man kann tatsächlich sagen: Bei einer unendlich langen verlustlosen Leitung wird die elektrische Energie der Quelle permanent in elektromagnetischer Feldenergie der Leitung umgewandelt. Dabei wechseln elektrische und magnetische Feldenergie nicht etwa ständig am selben Ort hin und her. Die elektromagnetische Welle transportiert die Energie mit der Wellenfront nach außen.

Der Poynting-Vektor zeigt dabei entlang der Leitung: 

  
und 

Das ist sogar ein besonders klares Gedankenexperiment für den Poynting-Vektor: Es gibt keinen Verbraucher, keine Wärmeentwicklung und keine Reflexion. Trotzdem wird von der Quelle kontinuierlich Leistung abgegeben. Diese Leistung muss irgendwohin gehen — und sie geht in die zunehmende Feldenergie der immer länger werdenden angeregten Leitungsstrecke.

Wolfgang24-1 schrieb:

Aber die Energiemenge die er tatsächlich transportiert ist winzig und technisch irrelevant.

Eclipse 4: Ich sage: Der Verbraucher (Widerstand) wirkt wie zwei unendlich lange offene Leitungen. Darin würde der transiente Strom ewig fließen und permanent Energie im elektromagnetischen Feld speichern. Ein Verbraucher wandelt sie allerdings permanent in Wärme, Licht, mechanische Energie oder was immer um. Denn die Kapazität der endlichen Leitung ist begrenzt.

Aber "Blindstrom" ist technisch etwas anderes.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse 4: Ich sage: Der Verbraucher (Widerstand) wirkt wie zwei unendlich lange offene Leitungen. Darin würde der transiente Strom ewig fließen und permanent Energie im elektromagnetischen Feld speichern. Ein Verbraucher wandelt sie allerdings permanent in Wärme, Licht, mechanische Energie oder was immer um. Denn die Kapazität der endlichen Leitung ist begrenzt.

Es gibt keine unendlich lange offene Leitungen.

Wolfgang24-1 schrieb:

Bei Sende- und Empfangsantennen ist es jedoch tatsächlich anders. Da ist der Poynting-Vektor nicht geführt und repräsentiert so tatsächlich die über den Freiraum übertragene Leistung. Im Gegensatz zum geführten Poynting-Vektor kann man diesen Übertragungsweg jedoch beeinflussen.

Da ist die zugrunde liegend Physik also gaaanz anders. Ja nee, ist klar.

Der beste Lehrer eigenes Versagen ist.
Yoda