Forum: Offtopic Magnetfeld einer einzelnen bewegten Ladung


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von Stefan H. (fourier)


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Hallo zusammen,

wenn man eine einzelne Ladung gleichförmig bewegt, beispielsweise ein 
einzelnes Elektron, warum umgibt das Magnetfeld die Ladung nicht 
kugelförmig?
Eine einzeln bewegte Ladung ist zwar kein stationärer Stromfluss, aber 
ein Magnetfeld wird trotzdem entstehen.

Stationäre Ströme von Elektronen im Leiter erzeugen ein den Leiter 
zylindrisch umgebendes Magnetfeld. Warum ist es nicht kugelförmig?

Eigentlich müsste das Magnetfeld, das den Leiter umgibt, mit den 
Elektronen weiterwandern. Ist das gerade das Charakteristische eines 
stationären Stromes, sodass das Magnetfeld ebenfallsunbewegt erscheint?

Gruß

: Bearbeitet durch User
von Sven D. (Gast)


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von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Stefan H. schrieb:
> Warum ist es nicht kugelförmig?

Weil man Igel nicht kämmen kann :-)

https://de.wikipedia.org/wiki/Satz_vom_Igel

von Bernd K. (prof7bit)


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Stefan H. schrieb im Beitrag #4545920:
> Wenn ich ein einzelnes Elektron gleichförmig bewege, wandert das
> Magnetfeld mit?
>
> Gruß

Ich häng noch ne weitere Frage dran: Wenn ich das Magnetometer genauso 
schnell parallel neben dem Elektron herfliegen lasse, messe ich dann 
überhaupt noch ein Magnetfeld?

von Jonny O. (-geo-)


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Bernd K. schrieb:
> Stefan H. schrieb:
>> Wenn ich ein einzelnes Elektron gleichförmig bewege, wandert das
>> Magnetfeld mit?
>>
>> Gruß
>
> Ich häng noch ne weitere Frage dran: Wenn ich das Magnetometer genauso
> schnell parallel neben dem Elektron herfliegen lasse, messe ich dann
> überhaupt noch ein Magnetfeld?

Ich füge mal noch eine fiese Frage an:

Elektronen fließen ja nur mit Schrittgeschwindigkeit durch den Draht. 
Warum verschwindet das Magnetfeld (aus meiner Sicht) nicht, wenn ich 
neben dem Draht in Flussrichtung hergehe und somit die Elektronen aus 
meiner Sicht in Ruhe sind?

^^

von Bernd K. (prof7bit)


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Jonny O. schrieb:
> Warum verschwindet das Magnetfeld (aus meiner Sicht) nicht, wenn ich
> neben dem Draht in Flussrichtung hergehe und somit die Elektronen aus
> meiner Sicht in Ruhe sind?

Das ist einfach: Die positiven Atomrümpfe bewegen sich jetzt von Dir aus 
gesehen in die andere Richtung, also fließt immer noch ein Strom.

Aber höchst erstaunlich und bemerkenswert finde ich die Antwort auf die 
Frage warum dann ein Elektron das mit der selben Geschwindigkeit wie die 
Elektronen im Draht parallel zum Draht sich bewegt dann immer noch eine 
Lorentzkraft erfährt, obwohl es doch nun relativ zum Magnetfeld in Ruhe 
ist.

: Bearbeitet durch User
von Stefan H. (fourier)


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Warum umgibt das Mgnetfeld die Ladung nicht kugelförmig?

gRU?

von Dirk J. (dirk-cebu)


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Hallo Stefan,
Du hast hast in diesem Forum über 9 Threads am Laufen. Bist Du ein 
Zweitaccount von Kurt Bindl oder suchst Du Dir Deine bizarren Fragen aus 
anderen Foren zusammen?

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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Sollte nicht jemand ergänzen, dass die Wahrnehmung eines menschlichen 
Beobachters nicht mit den Denkmodellen der Physik verwechselt werden 
darf? Da werden im Prinzip so lange Formeln zusammengeklimpert, bis sich 
keine Widersprüche zwischen Messung und Vorhersage mehr ergeben.

Einem einzelnen Teilchen zu folgen, egal wie schnell es ist, wird 
schwierig. Irgendetwas ist immer mit im Spiel und wenn es die 
Messleitungen sind, die wiederum Teilchen enthalten usf.

Vielleicht wäre es sinnvoll, die de-Broglie-Wellenlänge zu ergänzen, da 
das Atommodell auch von Orbitalen und Einzelelektronen spricht. Da wären 
also permanent Magnetfelder und entsprechende Kräfte notwendig, die 
irgendwo aufgebracht werden müssten. Vom Bohrschen Knete-Klumpen mit 
eingedrückten Teilchen bis zur Quantenfeldtheorie ist es ein weiter Weg. 
Es ist aber für einen Schreiner völlig uninteressant, wie Sägeblatt und 
Eichenbrett exakt modellhaft wechselwirken. Auch wenn noch so oft 
abschneidet, es bleibt zu kurz.

(Von Unschärfe spreche ich noch gar nicht, aber es wäre schon verrückt, 
Heisenberg zu widersprechen und Impuls sowie Ort exakt anzugeben, um 
magn. und elektr. Feldstärke abzuleiten. Vektoren brauchen ja 
Ansatzpunkte. Man könnte sich ja auch mal auf die Suche machen, einen 
feldfreien Bereich im Universum zu finden.)

von Bernd K. (prof7bit)


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von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Stefan H. schrieb:
> Warum umgibt das Mgnetfeld die Ladung nicht kugelförmig?

Nimm an, das Feld sei kugelsymmetrisch.

Wir legen eine Kugelschale um die Ladung und betrachten die 
Tangentialkomponente des M-Feldes.  Nach dem Satz vom Igel muss das 
M-Feld an mindestens einer Stelle verschwinden.  Wegen der 
Kugelsymmetrie verschwindet die Tangentialkomponente also auf der ganzen 
Kugelschale.

Das M-Feld hat (in Kugelkoordinaten) also ausschließlich eine überall 
konstante Radialkomponente.  Falls diese Komponente nicht verschwindet, 
muss es sich um ein magnetisches Monopol handeln, was noch nie 
beobachtet wurde.

Oder nach den Maxwell'schen Gleichungen:  Die Divergenz von H ist Null 
(d.h. es gibt keine Monopole).  Daher ist das Integral der Divergenz 
über eine Kugel ebenfalls Null.  Nach dem Gauß'schen Integralsatz 
entspricht dieses Integral dem Oberflächenintegral über die 
Radialkomponente.  Weil die Radialkomponente konstant ist, kann das 
Integral im Kugelfall einfach ausgerechnet werden:
Die Radialkomponente ist also auch null.

Wenn du also ein kugelsymmetrisches Feld willst, dann ist das nur 
möglich, wenn das Feld überall Null ist.  Weil das Magnetfeld einer 
bewegten Ladung nicht verschwindet, kann es daher nicht 
kugelsymmetrisch sein.

Und nein, das ist kein abgehobenes Rumgerechne, das mit der Realität nix 
zu tun hat.  Die Maxwell'schen Gleichungen sind zum Beispiel nur eine 
sehr kompakte Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse in 
kompakter, exakter und international verständlicher Notation.

: Bearbeitet durch User
von Stefan H. (fourier)


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Danke.

Gruß

von Timm T. (Gast)


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Bernd K. schrieb:
> warum dann ein Elektron das mit der selben Geschwindigkeit wie die
> Elektronen im Draht parallel zum Draht sich bewegt dann immer noch eine
> Lorentzkraft erfährt, obwohl es doch nun relativ zum Magnetfeld in Ruhe
> ist.

Ist es nicht. Das Magnetfeld wird durch die sich im Draht bewegenden 
Elektronen erzeugt, ist aber selbst in Ruhe. Das parallel bewegt 
Elektron bewegt sich also durchaus relativ zum Magnetfeld.

von Bernd K. (prof7bit)


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Timm T. schrieb:
> Ist es nicht. Das Magnetfeld wird durch die sich im Draht bewegenden
> Elektronen erzeugt, ist aber selbst in Ruhe. Das parallel bewegt
> Elektron bewegt sich also durchaus relativ zum Magnetfeld.

Wenn man sich jedoch in das Bezugssystem dieses Elektrons versetzt dann 
ruht es!

Und ebenso ruhen nun die Elektronen im Draht. Zwar bewegen sich aus 
dieser Sicht nun die positiven Atomrümpfe im Draht und erzeugen auch 
immer noch das selbe Magnetfeld, jedoch da das Elektron ja nun ganz 
unzweifelhaft in unserem Bezugssystem ruht kann man nicht mehr von einer 
Bewegung durch ein Magnetfeld sprechen.

Stattdessen bewirkt die Lorentzkontraktion des Drahtes in dessen 
Bewegungsrichtung eine höhere Dichte an positiven Ladungen als die 
Dichte der ruhenden negativen Ladungen, somit erscheint der Draht 
insgesamt positiv geladen und die Anziehung des Elektrons zum Draht 
hin ist nun in diesem Bezugssystem eine rein elektrostatische 
Anziehungskraft und keine Lorentzkraft mehr! Dennoch sind diese Kräfte 
(mal erscheinen sie magnetisch, mal elektrisch) im Grunde ein und das 
selbe untrennbare Phänomen! Das finde ich in vielerlei Hinsicht 
bemerkenswert.

von Martin G. (Firma: http://www.gyurma.de) (martin_g)


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Hmm. Erläre mir dann mal jetzt jemand die Induktion und die 
Selbst-Induktion.
Wieso interressiert sich eine im Augenblick stehende Elektronenwolke für 
die im entfernten Leiter fliessende Elektronen, wenn sich deren 
Fliessgeschwindigkeit ändert? Also, warum verspühren die einen Drang 
auch sich zu bewegen?
Das ist es, was mir seit ich über Trafos gelernt hab, nie jemand richtig 
erklären kann.

Ich bin auch schon zu der Theorie der relativistischen Bewegungen und 
Lorentz-kontraktion etc. gekommen. Damit kann man zwar die Kräfte 
zwischen 2 Leitern erklären, aber die Induktion? Wie schaut der 
Wirk-Mechanismus aus?
Angenommen es gibt nur elektrostatische Kräfte...

von M.A. S. (mse2)


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Bernd K. schrieb:
> Ich häng noch ne weitere Frage dran: Wenn ich das Magnetometer genauso
> schnell parallel neben dem Elektron herfliegen lasse, messe ich dann
> überhaupt noch ein Magnetfeld?
Sicher nicht. Der mitbewegte Beobachter sieht eine ruhende Ladung und 
auch nur genau das dazu passende Feld (elektrisch, nicht magnetisch).

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Martin G. schrieb:
> Ich bin auch schon zu der Theorie der relativistischen Bewegungen und
> Lorentz-kontraktion etc. gekommen. Damit kann man zwar die Kräfte
> zwischen 2 Leitern erklären, [...]

Die Lorentz-Kontraktion erklärt nicht diese Kraft.  Die Kraft wird in 
der Klassischen Elektrodynamik durch die Maxwell'schen Gleichungen 
anhand von Ladungs- und Stromdichten bzw. deren zeitlichen Änderungen 
beschrieben.

Beim "(Probe)Ladung bewegt sich parallel zu stromdurchflossenem Leiter" 
ergibt sich das Problem, dass mit Galilei-Trafo unterschiedliche 
Beobachtungen gemacht werden:  Ein Beobachter, der sich mit der Ladung 
mitbewegt, beobachtet keine Kraft auf die Ladung, während andere 
Beobachter eine Kraft beobachten.

Eine "Lösung" des Problems wäre, dass die Maxwell-Gleichungen nicht 
korrekt sind, dass z.B. die Beobachtung von einem absoluten 
Bewegungszustand oder vom Bewegungszustand relativ zu einem Lichtmedium 
anhängen.  Eine andere Lösung ist, dass die Maxwell-Gleichungen korrekt 
sind, aber etwas mit der Umrechnung der Bezugssysteme faul ist. 
Bekanntlich entscheiden Experimente für die 2te Variante, d.h. Ladungs- 
und Stromverteilungen sind nicht so einfach umzurechnen wie mit der 
Galilei-Trafo sondern ertfolgen mit der Lorentz-Trafo.

> [...] aber die Induktion? Wie schaut der Wirk-Mechanismus aus?

Ditto.

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