Hallo
Kann mir jemand erklären, wie folgendes Szenario (Folge von spez. Relativitätstheorie) „zustandekommt“?
==> magnetische Kraft ist parallel zum Leiter
Herzlichen Dank im Voraus
Rgds Phil
Wenn die Stromrichtung im Leiter nach oben gerichtet ist ( technische Stromrichtung, also der Fluss der positiven Ladungsträger ), dann bildet der Leiter ein magnetisches Feld aus, bei dem die magnetischen Feldlinien konzentrisch um den Leiter herum angeordnet sind und die Richtung der Feldlinien von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gerichtet ist.
Bewegt sich nun ein geladenes Teilchen ( z.B. Elektron ) radial und senkrecht zur Stromrichtung im Leiter auf den Leiter zu, so erfährt es den Einfluss eines magnetischen Kraftfeldes senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung und senkrecht zur Richtung der magnetischen Feldlinien im Sinne des Spatproduktes der beiden Vektoren. Nach der Rechtsschraubenregel ( der Geschwindigkeitsvektor wird auf dem kürzesten Wegen mit dem Vektor des Magnetfeldes zur Deckung gebracht, der Drehsinn gibt die Vorschubrichtung einer Schraube mit Rechtsgewinde an, diese ist gleich der Wirkrichtung der magnetischen Kraft auf das Teilchen ) wird, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Bewegung eines negativ geladenen Teilchens einem (technischen) Stromfluss von Leiter weg entspricht, klar, dass das Elektron eine magnetische Kraft senkrecht nach oben erfahren muss. Diese Kraft ist dann natürlich parallel zu dem senkrecht nach oben fliessenden Strom im Leiter.
Ich hoffe, das war die Antwort auf Deine Frage und Du hattest nicht darauf abgezielt, eine Begründung zu bekommen, warum es diese Naturgesetze gibt, die diese Wirkungen begründen.
DARAUF hätte ich leider keine Antwort ( bin weder Physiker noch Philosoph ).
Gruss,
Jürgen
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Magnetismus: Relativistischer Effekt !
Deine Frage laeuft darauf hinaus, mit Hilfe der Relativitaet zu erklaeren, woher Magnetismus kommt. Das geht, und man kann Magnetismus tatsaechlich als rein relativistischen Sekundaereffekt verstehen ! (Inhalt der relativistischen Elektrodynamik). Zu Deiner Frage: Die Elektronen wandern im Stromleiter nach oben, die restlichen Metallatome nicht. dH die bewegten Elektronen erfahren eine winzige Lorentzkontraktion, wodurch ihre Ladungsdichte sich scheinbar veraendert, im Gegensatz zu den ruhenden Metallatomruempfen. Daher resultiert eine elektrische Nettoanziehung, die das ausserhalb ruhende Elektron beeinflusst.
So unglaublich es klingt, selbst bei so langsamen Geschwindigkeiten sind die Auswirkungen der Relativistik so bedeutend, dass Magnetkraefte vollstaendig als relativistische Nebeneffekte erklaert werden koennen. Das liegt u. a. daran, dass die elektrische Kraft so immens stark ist.
Das hat mich damals im Studium enorm verbluefft.
Gruss, Moriarty
Hallo Phil,
wie Moriarty schon gesagt hat, ist Magnetismus ein relativistischer Effekt. Den Fall, dass eine Ladung parallel zum Draht fliegt, hat Moriarty schon erklärt. So oder so ähnlich findet sich das auch in vielen Physikbüchern (z.B. Feynman oder Orear).
Deine Frage ist sehr gut und betrifft einen „gemeinen“ Spezialfall, der nicht so einfach zu erkären ist. Wenn die Ladung radial auf den Draht zufliegt (bzw. aus dem Bezugssystem der Ladung: wenn der Draht auf die Ladung zufliegt!) tritt nämlich keine Lorentz-Kontraktion auf! Trotzdem muss im Ruhesystem der Ladung ein elektrisches Feld auftreten, denn nur dieses bewirkt eine Kraft auf die ruhende Ladung. Wie kann man das erklären (ohne jetzt einfach die relativistische Transformation der E- und B-Felder anzusetzen) ?
Die Erklärung ohne Skizze und Formeln ist schwierig, ich versuch’s mal …
Betrachtung im Ruhesystem von Q: Q sitzt au der x-Achse. Der Draht kommt von links angeflogen. Betrachte jetzt mal 2 Elektronen im Draht, die z.B. zur Zeit t=0 symmetrisch auf der z-Achse sind, A über und B unter der x-y-Ebene. A fliegt schräg nach unten (schräg auf Q und auf die x-Achse zu), B fliegt ebenfalls schräg nach unten (schräg von Q und von der x-Achse weg).
Die Ladung Q „sieht“ in diesem Moment aber nicht das elektr. Feld der 2 Elektronen an diesen zwei (symmetrisch zur x-y-Ebene liegenden) Positionen, weil sich die Felder eben auch „nur“ mit Lichtgeschw. ausbreiten (Stichwort: retardierte Potentiale).
Die Felder, die gleichzeitig bei Q „ankommen“, stammen aus verschieden Zeiten! Mach Dir eine Skizze! Da damit auch der „wirksame“ Abstand zwischen den 2 Elektronen und Q verschieden ist, sind die 2 Felder vom Betrag her verschieden! Überlagert man die E-Vektoren, so erhält man eine Feldstärkekomponente parallel (!) zum Draht.
(Bei der ausführichen Rechnung müsste man noch berücksichtigen, dass des E-Feld einer bewegten Ladung nicht mehr kugelsymmetrisch, sondern in die Querebene zusammengedrückt ist).
Alles klar ?
Gruss Kurt