Elektromagnetismus

Wissenschaft Physik
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Guten Abend liebe Experten.

Je mehr Bücher man liest, desto dümmer kommt man sich vor.

Ich bin gerade etwas verwirrt wegen einiger Erklärungen in verschiedenen
Quellen. Also:

  1. Was genau ist der Unterschied zwischen magnetischen Wellen und elektrischen Wellen…bzw. Feldern?

  2. Gehen die elektrischen und mangentischen Felder von Nord nach Süd oder umgekehrt?

  3. Warum sagt man bei magnetischen Feldern dass sie von Nord aus zum Südpol gehen aber zugleich behauptet man dass sie keine Richtung, kein Anfang und Ende haben?

  4. Wie soll man sich diese Felder vorstellen? Sind das Teilchen oder Wellen? (Ich weiss ich weiss, Vieles verhält sich mal so mal so: Welle-Teilchen-Dualismus) Aber sind nun die elektrischen Wellen Elektronenströme? …und die magnetischen?

  5. Warum wirkt die Lorenzkraft nach der Drei-Finger-Regel? (Das verstehe ich ganz besonders nicht) Warum erfährt das Teilchen gerade eine solche Kraft senkrecht zu B und ihrer eigentlichen Richtung?

Danke im Voraus

Michail

2

Hallo!

  1. Was genau ist der Unterschied zwischen magnetischen Wellen
    und elektrischen Wellen…bzw. Feldern?

Es gibt elektrische Felder, magnetische Felder und elektromagnetische Wellen. Der Unterschied zwischen elektrisch und magnetisch: Elektrostatische Anziehungskräfte wirken zwischen elektrischen Ladungen. Sie sind unter anderem für den Stromfluss verantwortlich. Magnetische Kräfte wirken z. B. zwischen Magneten und Eisen. Irgendwie hängen aber dennoch beide zusammen, denn ein Magnetfeld, das sich ändert, erzeugt ein elektrisches Feld und umgekehrt. Deswegen kommt es bei Feldern zu sehr schnell wechseln auch zu einer Art Kettenreaktion, die dafür sorgt, dass sich die elektromagnetischen Wechselfelder im Raum ausbreiten. Wenn das der Fall ist, spricht man von einer elektromagnetischen Welle.

  1. Gehen die elektrischen und mangentischen Felder von Nord
    nach Süd oder umgekehrt?

Magnetische Feldlinien führen vom magnetischen Nordpol zum magnetischen Südpol. Elektrische Feldlinien haben mit Nord und Süd nichts zu tun, sondern führen von Plus nach Minus.

  1. Warum sagt man bei magnetischen Feldern dass sie von Nord
    aus zum Südpol gehen aber zugleich behauptet man dass sie
    keine Richtung, kein Anfang und Ende haben?

Sie haben sehr wohl eine Richtung. Sonst würde es ja keinen Sinn machen, so etwas zu sagen. Allerdings ist die Richtung willkürlich. Man hätte es genausogut auch andersherum festlegen können. Hat man aber nicht. Sie haben kein Anfang und kein Ende, weil sie nicht an den Magnetpolen aufhören. Der magnetische Südpol der Erde befindet sich irgendowo in der Nähe des geografischen Nordpols. Dort verschwinden die Feldlinien zwar in der Erde, führen aber im Erdinneren zum magnetischen Nordpol (also zur Antarktis)).

  1. Wie soll man sich diese Felder vorstellen? Sind das
    Teilchen oder Wellen? (Ich weiss ich weiss, Vieles verhält
    sich mal so mal so: Welle-Teilchen-Dualismus) Aber sind nun
    die elektrischen Wellen Elektronenströme? …und die
    magnetischen?

Felder sind ein eigenes Konzept in der Physik, von daher kann man nicht sagen, dass man sich ein Feld als „Welle“ vorstellen könnte. Im Prinzip ist ein Feld einfach eine Eigenschaft des Raums. Das elektrische Feld gibt einfach an, in welche Richtung und wie stark die Kraft auf ein Teilchen an einem bestimmten Ort ist. Warum der Raum diese Eigenschaft hat, wissen wir nicht. Aber das ist auch keine physikalische Frage. (Die Physik versucht nur zu beschreiben, nicht zu begründen).

  1. Warum wirkt die Lorenzkraft nach der Drei-Finger-Regel?
    (Das verstehe ich ganz besonders nicht) Warum erfährt das
    Teilchen gerade eine solche Kraft senkrecht zu B und ihrer
    eigentlichen Richtung?

Seltsam, nicht wahr? Eine Erklärung dafür folgt aus der speziellen Relativitätstheorie. Aber die habe ich im Moment nicht mehr parat und zum Nachschlagen ist es mir heute zu spät.

Nochwas zur Drei-Finger-Regel: Das ist gar nicht so außergewöhnlich. Man denke nur an Kreisel, die im 90°-Winkel zu einer auf sie wirkenden Kraft wegkippen. Merkwürdigerweise verhält sich die Natur in solchen Fällen genau so, wie das eine Rechenvorschrift aus der Mathematik das verlangt - obwohl diese Rechenvorschrift den Anschein erweckt, als wäre sie von Menschen erfunden worden. (Ich rede vom Kreuzprodukt)

Michael

3

Hallo,

  1. Was genau ist der Unterschied zwischen magnetischen Wellen
    und elektrischen Wellen…bzw. Feldern?

Prinzipiell ist es so, dass es für das elektromagnetische Feld keine wirklich „sinnvollere Anschauung“ gibt, als das, was es ist: ein Kraftfeld.
Definiert ist das elektrische Feld über die Kraft, die auf eine Probeladung an einem bestimmten Ort wirkt. Das selbe gilt für das magnetische Feld. Es ist letztlich nicht mehr als eine mathematische Beschreibung einer Beobachtung (Kraftwirkung).
Einst getrennt beobachtet und beschrieben hat man festgestellt, dass sie miteinander verknüpft sind und sich gegenseitig „beeinflussen“, ja, sogar 2 Seiten der selben Medallie sind. Ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld und umgekehrt. Hier kommen dann die elektromagnetischen Wellen ins Spiel. Es gibt keine rein magnetischen oder elektrischen Wellen, sondern sie sind immer verknüpft. Dazu gibt es dann Aussagen wie „die Felder stehen rechtwinklig aufeinander“ und ähnliches, dabei ist es aber sinnvoll zu bedenken, dass is sich dabei bloß um Folgerungen aus den mathematischen Formeln handelt. Die Felder stehen also im mathematischen Sinn rechtwinklig aufeinander, es ist nicht so, dass sie „im Raum irgend einen Winkel bilden“.

  1. Gehen die elektrischen und mangentischen Felder von Nord
    nach Süd oder umgekehrt?

Das kommt einfach darauf an, wie man es definiert.
Das elektrische Feld hat man definiert anhand einer positiven Probeladung: Diese wird Richtung negativer Ladung „gezogen“, das Kraftfeld zeigt also Richtung „-“.
Analoges gilt für das Magnetfeld.

  1. Warum sagt man bei magnetischen Feldern dass sie von Nord
    aus zum Südpol gehen aber zugleich behauptet man dass sie
    keine Richtung, kein Anfang und Ende haben?

Dass sie keine Richtung haben ist mir neu, es ist wie gesagt schlicht eine Frage der Definition, welche Richtung sie haben.
Dass sie keinen Anfang und kein Ende haben liegt daran, dass… naja, dass sie keine haben. Sie bilden immer geschlossene Bahnen. Eine physikalische/mathematische Begründung warum das so ist, ist mir nicht geläufig.

  1. Wie soll man sich diese Felder vorstellen? Sind das
    Teilchen oder Wellen? (Ich weiss ich weiss, Vieles verhält
    sich mal so mal so: Welle-Teilchen-Dualismus) Aber sind nun
    die elektrischen Wellen Elektronenströme? …und die
    magnetischen?

Wie schon gesagt, die Felder sind nur ein mathematisches Konstrukt, um die Beobachtung einer Krafterscheinung zu beschreiben. Mit Welle und Teilchen hat das nichts zu tun.

  1. Warum wirkt die Lorenzkraft nach der Drei-Finger-Regel?
    (Das verstehe ich ganz besonders nicht) Warum erfährt das
    Teilchen gerade eine solche Kraft senkrecht zu B und ihrer
    eigentlichen Richtung?

Ja, das genau zu verstehen und zu erklären sprengt leider mein spontanes mathematisches Repertoir, aber ich kann dir versichern, dass es dafür keine einfache, anschauliche Erklärung gibt.

Ich hoffe ich konnte dir ein wenig weiter helfen,
viele Grüße,
Sebastian

4

Moin,

nur ein par Ergänzungen.

Dazu gibt es dann Aussagen wie „die Felder stehen
rechtwinklig aufeinander“ und ähnliches, dabei ist es aber
sinnvoll zu bedenken, dass is sich dabei bloß um Folgerungen
aus den mathematischen Formeln handelt. Die Felder stehen also
im mathematischen Sinn rechtwinklig aufeinander, es ist nicht
so, dass sie „im Raum irgend einen Winkel bilden“.

Doch. Beide Felder sind Vektorfelder, also haben sie auch eine Richtung. Die kann sich zwar zeitlich und räumlich ändern, aber an einem bestimmten Punkt zu einer bestimmten Zeit ist die Richtung eindeutig durch die Richtung der Kraftwirkungen definiert.

Dass sie keinen Anfang und kein Ende haben liegt daran,
dass… naja, dass sie keine haben. Sie bilden immer
geschlossene Bahnen. Eine physikalische/mathematische
Begründung warum das so ist, ist mir nicht geläufig.

Das hat was damit zu tun, dass es keine magnetischen Monopole gibt, also keine getrennten Nord- und Südpole. Beide treten immer zusammen auf, als Dipol.

Wie schon gesagt, die Felder sind nur ein mathematisches
Konstrukt, um die Beobachtung einer Krafterscheinung zu
beschreiben. Mit Welle und Teilchen hat das nichts zu tun.

Doch. Wenn sich die Stärke des Feldes zeitlich periodisch ändert, dann ist es eine Schwingung. Und wenn sie sich auch noch räumlich periodisch ändert, so dass das Feld durch den Raum transportiert wird, dann ist es eine Welle. Nun wird durch so eine Welle eben auch Energie transportiert, und das könnte man sich auch so vorstellen, dass da ein Teilchen angeflogen kommt.

Olaf

5

Hallo,

Nun wird
durch so eine Welle eben auch Energie transportiert, und das
könnte man sich auch so vorstellen, dass da ein Teilchen
angeflogen kommt.

Das kann man sich nicht nur so vorstellen, das ist so - wenn man es so betrachtet. Licht ist eine elektromagnetische Welle und besteht (gleichzeitig) aus Photonen.
Gruß
loderunner

6

Servus,

nur ein par Ergänzungen.

ich bitte darum :wink:

Doch. Beide Felder sind Vektorfelder, also haben sie auch eine
Richtung. Die kann sich zwar zeitlich und räumlich ändern,
aber an einem bestimmten Punkt zu einer bestimmten Zeit ist
die Richtung eindeutig durch die Richtung der Kraftwirkungen
definiert.

Ja, da hab ich mich sehr, sehr undeutlich ausgedrückt, bzw. viel zu kurz gefasst. Worauf ich hinaus wollte war, dass man sich ein Vektorfeld nicht als eine irgendwie geartete Fläche im Raum vorstellen kann, die mit einer anderen Fläche einen Winkel bildet.

Das hat was damit zu tun, dass es keine magnetischen Monopole
gibt, also keine getrennten Nord- und Südpole. Beide treten
immer zusammen auf, als Dipol.

Mh, gestern Abend erschien mir das als Erklärung noch unzureichend, da sich dies mit der mathematischen Beschreibung der Monopole beißt.
Allerdings beißt sich der Monopol ja quasi definitionsgemäß mit der Divergenzfreiheit des Magnetfelds, womit alles wieder in Ordnung ist :wink:
War schon spät gestern…

Doch. Wenn sich die Stärke des Feldes zeitlich periodisch
ändert, dann ist es eine Schwingung. Und wenn sie sich auch
noch räumlich periodisch ändert, so dass das Feld durch den
Raum transportiert wird, dann ist es eine Welle. Nun wird
durch so eine Welle eben auch Energie transportiert, und das
könnte man sich auch so vorstellen, dass da ein Teilchen
angeflogen kommt.

Ja, die Formulierung „mit Welle und Teilchen hat das nichts zu tun“ hat mich selbst auch gestört :smile:
Allerdings hab ich die Frage des Ursprungsposters so interpretiert, ob das Feld selbst eine Welle oder ein Teilchen IST.
Von daher wollte ich strikt trennen zwischen „es kann eine Schwingung ausführen“ und „es ist eine Schwingung“. Denn das Feld selbst ist nur ein Feld, keine Welle, kein Teilchen.

viele Grüße,
Sebastian

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Magnetische Feldlinien führen vom magnetischen Nordpol zum
magnetischen Südpol.

…aber nur *außerhalb* des Magneten! Im Inneren eines Magneten oder einer Spule zeigen sie von Süd nach Nord.

herbert