Widerspruch beim Magnetfeld eines Leiters

[Tim]

Hallo,
hier in diesem Link wird erklärt, wie aus einem elektrischen Feld ein Magnetfeld durch Transformation wird: http://ge-waldbroel.nw.lo-net2.de/physik-k0/ZUM/ZUM/…

Eine Sache versteht ich allerdings nicht und zwar, dass die elektrische Kraft, die aufgrund der Transformation entsteht und klassisch als Magnetfeld bezeichnet wird, nicht auch entsteht, wenn das äußere freie Elektron ruht.
Ich sehe keine Konstante, die Null wird und somit auch die resultierende Kraft, wenn das äußere freie Elektron mit den positiven Atomrümpfen im Leiter ruht.
Weil das Elektron/Beobachter/Atomrümpfe (sind ja im gleichen Ruhesystem) sieht ja immer noch die Leitungselektronen bewegen, also ist eine Relativbewegung vorhanden, das elektrische Feld müsste transformiert werden und ein „Magnetfeld“ (bzw. elektrische Kraft) müsste entstehen, weil der Draht nicht mehr elektrisch neutral erscheint.

Wie kann man diesen Widerspruch aufheben?
Denn eigentlich dürfte ja auf ein ruhendes Elektron keine magnetische Kraft wirken?

Vielen Dank für eine Erläuterung
Tim

[chatairliner]

Hallo,
hier in diesem Link wird erklärt, wie aus einem elektrischen
Feld ein Magnetfeld durch Transformation wird:
http://ge-waldbroel.nw.lo-net2.de/physik-k0/ZUM/ZUM/…

Eine Sache versteht ich allerdings nicht und zwar, dass die
elektrische Kraft, die aufgrund der Transformation entsteht
und klassisch als Magnetfeld bezeichnet wird, nicht auch
entsteht, wenn das äußere freie Elektron ruht.

die elektrische kraft ist immer da. aber durch die elektronengeschwindigkeit entsteht eine relativistisch begründetes ungleichgewicht zwischen + und - und somit wird das elektron näher ran oder weiter weg vom positiven kern gedrückt.
wir nennen das dann magnetfeld.

[Tim]

die elektrische kraft ist immer da. aber durch die
elektronengeschwindigkeit entsteht eine relativistisch
begründetes ungleichgewicht zwischen + und - und somit wird
das elektron näher ran oder weiter weg vom positiven kern
gedrückt.
wir nennen das dann magnetfeld.

Und jetzt ist die Frage, warum diese relativistisch begründete elektrische Kraft nur dann auf die äußere Ladung wirkt, wenn sich dieses auch bewegt, weil Relativgeschwindigkeit gibts auch, wenn dieses ruht und sich nur die Leitungselektronen bewegen. Dann müsste diese relativistisch begründete Kraft auch schon auftreten.
Tut sie aber nicht und hier(http://ge-waldbroel.nw.lo-net2.de/physik-k0/ZUM/ZUM/…) in den Formeln kann ich auch nicht erkennen, dass sich das äußere Elektron überhaupt bewegen muss.
Ich erkenne nur, dass eine Relativgeschwindigkeit notwendig ist.
Wie ist das zu erklären?

[chatairliner]

die elektrische kraft ist immer da. aber durch die
elektronengeschwindigkeit entsteht eine relativistisch
begründetes ungleichgewicht zwischen + und - und somit wird
das elektron näher ran oder weiter weg vom positiven kern
gedrückt.
wir nennen das dann magnetfeld.

Und jetzt ist die Frage, warum diese relativistisch begründete
elektrische Kraft nur dann auf die äußere Ladung wirkt, wenn
sich dieses auch bewegt, weil Relativgeschwindigkeit gibts
auch, wenn dieses ruht und sich nur die Leitungselektronen
bewegen. Dann müsste diese relativistisch begründete Kraft
auch schon auftreten.

ich weiß, was du meinst. ich würde spontan behaupten, die PP-Präsentation ist nicht vollständig und deshalb verwirrend. Ob sie mathematisch korrekt ist, weiß ich jetzt nicht.
wenn protonen UND elektronen gleichermaßen kontrahieren würden, gäbe es kein magnetfeld.
natürlich muss ein strom fließen - es müssen sich ladungen im leiter relativ zu den protonen bewegen.

wenn dann eine ladung parallel dazu fliegt, schaut sie auf den leiter wie ein beobachter zu einem fliegenden raumschiff.

http://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativit%C3%…

ich denke, dass du den beitrag in wikipedia verstehst oder?

[Tim]

Hallo,
der Wiki-Artikel hat mich noch auf eine Idee gebracht, warum doch keine Kraft auf ein ruhendes Elektron wirken kann, und zwar, weil wenn das äußere freie Elektron mit den Atomrümpfen ruht, dann sieht es ja aus Sicht der als ruhende betrachteten Leitungselektronen so aus, also ab sich die Atomrümpfe und freies Elektron gleich schnell bewegen und in die selbe Richtung.
Auf Folie 6 in der Präsentation kann man dann sehen, dass der hintere Faktor 0 wird, wie es sein soll.

Allerdings versteh ich nicht warum?
Wenn doch die positive Ladung im Leiter durch die Bewegung kontrahiert und dadurch stärker zum Tragen kommt als die negative im Leiter, müsste doch die Ladung außen, deren negatives Feld ebenfalls kontrahiert, doch trotzdem angezogen werden, da sozusagen mehr positive Ladung da ist.

[chatairliner]

Hallo,

der Wiki-Artikel hat mich noch auf eine Idee gebracht, warum
doch keine Kraft auf ein ruhendes Elektron wirken kann, und
zwar, weil wenn das äußere freie Elektron mit den Atomrümpfen
ruht, dann sieht es ja aus Sicht der als ruhende betrachteten
Leitungselektronen so aus, also ab sich die Atomrümpfe und
freies Elektron gleich schnell bewegen und in die selbe
Richtung.
Auf Folie 6 in der Präsentation kann man dann sehen, dass der
hintere Faktor 0 wird, wie es sein soll.

und wieso sollte dann eine kraft wirken? ein neutraler leiter zieht kein elektron an.
wo steht das im wiki-artikel?

Allerdings versteh ich nicht warum?

ich auch nicht, da so jeder nicht stromdurchflossenene leiter - also neutrale leiter - auch ein magnetfeld haben müsste.

Wenn doch die positive Ladung im Leiter durch die Bewegung
kontrahiert und dadurch stärker zum Tragen kommt als die
negative im Leiter, müsste doch die Ladung außen, deren
negatives Feld ebenfalls kontrahiert, doch trotzdem angezogen
werden, da sozusagen mehr positive Ladung da ist.

grundsätzlich ist es für mich absolut nicht nachvollziehbar, wieso proton und elektron eine gleiche geschwindigkeit haben sollten.
dass das nicht so ist, wissen wir alle.

ich verstehe deshalb die präsentation auch nicht und denke auch, dass da ein fehler vorliegt.
gerade bei einer spule mit wechselspannung (oder einem einfachen schwingkreis) wissen wir, dass im moment des polaritätswechsels kein magnetfeld vorherrscht, weil die elektronengeschwindigkeit 0(I=0 A) und deshalb die spannung am größten ist(U=max), und das magnetfeld dann am größten ist, wenn der strom, also die elektronengeschwindigkeit, maximal ist.

[Martin]

Hallo Tim,

Weil das Elektron/Beobachter/Atomrümpfe (sind ja im gleichen
Ruhesystem) sieht ja immer noch die Leitungselektronen
bewegen, also ist eine Relativbewegung vorhanden, das
elektrische Feld müsste transformiert werden und ein
„Magnetfeld“ (bzw. elektrische Kraft) müsste entstehen, weil
der Draht nicht mehr elektrisch neutral erscheint.

der Draht ist voraussetzungsgemäß a) stromdurchflossen und b) dabei elektrisch neutral. Das schließt sich ja nicht aus. Wenn die bewegten Leitungselektronen die „richtigen“ Abstände zueinander haben, ist diese Voraussetzung erfüllt. Dass diese richtigen Abstände für einen im Drahtsystem ruhenden Beobachter bereits lorentzkontrahierte Abstände sind, stimmt zwar, interessiert aber gar nicht.

Ruht das äußere Elektron relativ zum Draht, dann erfährt es keine Kraft.

● Drahtsystem-Beobachter sagt: Der Draht ist von einem B-Feld umgeben, aber trotz B > 0 am Ort des Elektrons ist wegen v = 0 der q v B-Teil der Lorentzkraft Null. Zweitens ist der Draht ungeladen ⇒ E = 0 am Ort des Elektrons ⇒ q E-Teil der Lorentzkraft ebenfalls Null. Macht zusammen 0 + 0 = 0 und ich verstehe, dass das Elektron keine Kraft erfährt.

● Mit den Leitungselektronen im Draht mitfliegender Beobachter sagt: Der Draht ist von einem B-Feld umgeben, und wegen B > 0 am Ort des Elektrons wirkt q v B auf das Elektron, und zwar abstoßend. Andererseits ist für ihn der Draht positiv geladen (das ist er, weil die Abstände der positiven Atomrümpfe sind für diesen Beobachter lorentzkontrahiert sind und damit dichter beieinandersitzen). Für ihn ist das Elektron einem E > 0 ausgesetzt und erfährt dadurch natürlich eine Kraft q E. Der mitfliegende Beobachter wills aber genau wissen und berechnet E, wozu er die Formel für die Lorentzkontraktion korrekt anwenden muss. Sein Ergebnis: E = –v B. Und der Beobachter sagt hoppla: Das Elektron erfährt einerseits q v B und andererseits q E = –q v B, das macht zusammen Null. So versteht er auch mitfliegend, dass das Elektron keine Kraft erfährt.

Nun geben wir dem äußeren Elektron einen Schubs, so dass es sich relativ zum Draht gleich schnell wie die Leitungselektronen bewegt. Dann erfährt es eine Kraft der Stärke q v B zum Draht hin.

● Drahtsystem-Beobachter sagt: Der Draht ist von einem B-Feld umgeben und hat die endliche Geschwindigkeit v, deshalb erfährt das Elektron die Kraft q v B. Eine Kraft q E erfährt es nicht, denn der Draht ist ungeladen ⇒ E = 0 am Ort des Elektrons ⇒ q E-Teil der Lorentzkraft ebenfalls Null.

● Mitfliegender Beobachter sagt: Der Draht ist zwar von einem B-Feld umgeben, aber das Elektron ruht (das tut es für ihn ja) und erfährt deshalb keine q v B-Kraft. Jedoch ist der Draht positiv geladen (er ist es, weil die Abstände der positiven Atomrümpfe für den mitfliegenden Beobachter lorentzkontrahiert sind) ⇒ E > 0 am Ort des Elektrons ⇒ Elektron erfährt Kraft q E. Der Beobachter wills wieder genau wissen und berechnet E mit dem Ergebnis E = v B. Daraufhin ist auch dem bewegten Beobachter verständlich, dass das Elektron mit der Kraft q v B zum Draht gezogen wird.

Hoffentlich hat das jetzt nicht noch mehr Verwirrung gestiftet…

Gruß
Martin

[Tim]

Unterschied zwischen Feldverstärkung

Hallo,

der Wiki-Artikel hat mich noch auf eine Idee gebracht, warum
doch keine Kraft auf ein ruhendes Elektron wirken kann, und
zwar, weil wenn das äußere freie Elektron mit den Atomrümpfen
ruht, dann sieht es ja aus Sicht der als ruhende betrachteten
Leitungselektronen so aus, also ab sich die Atomrümpfe und
freies Elektron gleich schnell bewegen und in die selbe
Richtung.
Auf Folie 6 in der Präsentation kann man dann sehen, dass der
hintere Faktor 0 wird, wie es sein soll.

und wieso sollte dann eine kraft wirken? ein neutraler leiter
zieht kein elektron an.

Aber aus Sicht eines nicht bewegten ruhenden äußeren Elektrons ist doch der Leiter nicht neutral, weil doch das Feld der bewegten Leitungselektronen kontrahiert ist, demnach stärker ist als das der Protonen, weil diese ruhen und deshalb nicht kontrahiert sind.

Das ist auch der Punkt, den ich noch nicht versteh, woher will denn das Elektron von außen beurteilen, dass der Leiter neutral ist, weil doch das elektrische Feld der Leitungselektronen stärker durch die Kontraktion ist also das der ruhenden Protonen.
Das ist doch so, also ob alle Ladungen ruhen, aber mehr Ladung von einer Sorte auf den Leiter aufgebracht ist.
Dann wäre das Feld der einen Sorte auch stärker, aber nicht durch Kontraktion, sondern weil einfach mehr Ladungen da sind.
Aber wie will man das als außen stehendes Elektron beurteilen, ob nun mehr Ladungen da sind oder die einen sich bewegen und durch Kontraktion die Feldverstärkung eintritt?

[Tim]

Feldverstärkung auf verschiedene Weise
Hallo,
was ich noch nicht ganz versteh ist, dass der Draht auch aus Sicht des ruhenden nicht bewegten äußeren Elektrons neutral sein soll.
Durch die Bewegung der Leitungselektronen kontrahiert doch deren Feld und dadurch wird das negative Feld etwas stärker als das der positiven Ladungen.
Woher kann das äußere Elektron nun beurteilen, ob das negative Feld nun durch die Kontraktion/Transformation stärker geworden ist oder dadurch, dass man einfach mehr negative als positive Ladung auf den Leiter gebracht hat, um daraus zu schließen, ob der Leiter nun doch neutral ist oder nicht.

Das ist mein Problem, was ich noch hab.

[chatairliner]

Hallo,

der Wiki-Artikel hat mich noch auf eine Idee gebracht, warum
doch keine Kraft auf ein ruhendes Elektron wirken kann, und
zwar, weil wenn das äußere freie Elektron mit den Atomrümpfen
ruht, dann sieht es ja aus Sicht der als ruhende betrachteten
Leitungselektronen so aus, also ab sich die Atomrümpfe und
freies Elektron gleich schnell bewegen und in die selbe
Richtung.
Auf Folie 6 in der Präsentation kann man dann sehen, dass der
hintere Faktor 0 wird, wie es sein soll.

und wieso sollte dann eine kraft wirken? ein neutraler leiter
zieht kein elektron an.

Aber aus Sicht eines nicht bewegten ruhenden äußeren Elektrons
ist doch der Leiter nicht neutral, weil doch das Feld der
bewegten Leitungselektronen kontrahiert ist, demnach stärker
ist als das der Protonen, weil diese ruhen und deshalb nicht
kontrahiert sind.

ich hab mir die seite 12 jetzt 5mal durchgelesen.

http://www.emf.eei.uni-erlangen.de/pdf/Hoeher.pdf

so wie ich das verstehe, haben wir durch den stromfluss schon sowas wie einen relativistischen effekt, so dass der leiter neutral ist. also die elektronen kontrahieren und dadurch entsteht der effekt, dass genauso viele frei bewegliche elektronen im leiter sind wie protonen.

im inertialsystem einer bewegten ladung hingegen scheinen wir uns dann der wahrheit zu nähern und es kommt zu tage, dass weniger elektronen vorhanden sind als wir als ruhende beobachter sehen - dafür aber durch den relat. effekt umso mehr protonen.

das bedeutet natürlich, dass keine kraft entsteht, wenn eine ladung neben dem leiter ruht.

lies mal und widersprich, wenn du es anders verstehst.

Das ist auch der Punkt, den ich noch nicht versteh, woher will
denn das Elektron von außen beurteilen, dass der Leiter
neutral ist, weil doch das elektrische Feld der
Leitungselektronen stärker durch die Kontraktion ist also das
der ruhenden Protonen.
Das ist doch so, also ob alle Ladungen ruhen, aber mehr Ladung
von einer Sorte auf den Leiter aufgebracht ist.
Dann wäre das Feld der einen Sorte auch stärker, aber nicht
durch Kontraktion, sondern weil einfach mehr Ladungen da sind.
Aber wie will man das als außen stehendes Elektron beurteilen,
ob nun mehr Ladungen da sind oder die einen sich bewegen und
durch Kontraktion die Feldverstärkung eintritt?

ein elektron reagiert auf elektrische anziehung so wie der mensch auf gravitation reagiert. wir sehen sie und wir wussten nicht mal, dass es sie gibt, aber trotzdem wurden wir schon immer von der erde angezogen.
sobald sich die anzahl der elektronen aus dem inertialsystem der ladung betrachtet erhöht, wird die ladung abgestoßen. das geschieht mit der maximalen signalgeschwindigkeit im universum.

[Martin]

Hallo,

was ich noch nicht ganz versteh ist, dass der Draht auch aus
Sicht des ruhenden nicht bewegten äußeren Elektrons neutral sein soll.

er ist neutral, weil der Experimentator es so eingerichtet hat. Darüber, wie er das geschafft hat, wird keine Aussage gemacht. Der Draht wird einfach als ungeladen und stromdurchflossen vorausgesetzt.

Durch die Bewegung der Leitungselektronen kontrahiert doch
deren Feld und dadurch wird das negative Feld etwas stärker
als das der positiven Ladungen.

Dann hat der Experimentator dem Draht ein paar positive Ladungen hinzugefügt, um diesen Effekt zu kompensieren.

Gruß
Martin

[chatairliner]

Hallo,

was ich noch nicht ganz versteh ist, dass der Draht auch aus
Sicht des ruhenden nicht bewegten äußeren Elektrons neutral sein

soll.

er ist neutral, weil der Experimentator es so eingerichtet
hat. Darüber, wie er das geschafft hat, wird keine Aussage
gemacht. Der Draht wird einfach als ungeladen und
stromdurchflossen vorausgesetzt.

nachdem ich schon geantwortet hatte, hab ichs wieder gelöscht, weil ich noch mal drüber nachgedacht hab und nicht so richtig dahinter stand.

warum der leiter neutral ist, würde mich auch interessieren.

wenn er neutral beim stromfluss ist, muss er ja positiv ohne stromdurchfluss sein.

einfach annehmen geht nicht. dann könnte man ja alles annehmen.

[Tim]

Hallo,
so wie ich das jetzt sehe ist das folgendermaßen:
Wenn das Elektron ruht: Bei Stromfluss wird durch die Kontraktion das nagtive Feld stärker. Die ruhenden Atomrümpe bzw. positven Ladungen werden durch das stärkere elektrische Feld ebenfalls zusammengezogen, also merkt das äußere Elektron nichts.

Wenn sich aber das äußere Elektron bewegt, dann ruhen die Atomrümpfe nicht und diese „sehen“ nun das negative Feld der Leitungselektronen anders kontrahiert wie das äußere (da sich jetzt ihre Geschwindigkeiten unterscheiden), also werden sie nicht mehr so zusammengezogen, dass sie die ganze Änderung des negativen Feldes kompensieren. Also bleibt ein Rest, den wir als Magnetfeld bezeichnen.

Ich denke, so kann man das lassen, oder?

[chatairliner]

hi,

so wie ich das jetzt sehe ist das folgendermaßen:
Wenn das Elektron ruht: Bei Stromfluss wird durch die
Kontraktion das nagtive Feld stärker.

ok

Die ruhenden Atomrümpe
bzw. positven Ladungen werden durch das stärkere elektrische
Feld ebenfalls zusammengezogen,

wie?

also merkt das äußere Elektron
nichts.

wenn es so wäre, dann ja. allerdings gibt es lediglich für die frei beweglichen elektronen einen grund zu kontrahieren.

[Tim]

Die ruhenden Atomrümpe
bzw. positven Ladungen werden durch das stärkere elektrische
Feld ebenfalls zusammengezogen,

wie?

Ja, es war ja vorher ein Gleichgewicht zwichen den Ladungen und dann muss es sich ja nachdem das negative Feld stärker geworden ist auch wieder einstellen, indem die positiven Ladungen enger an die Elektronen rücken, wie zwei Kondensatorplatten, die beweglich gelagert sind, aber mit einer Feder jeweils zurückgehalten und man würde die negative Platte auf einmal stärker aufladen, was einer nagativen Feldverstärkung gleich käme.
Der Knackpunkt ist, wenn sich das äußere Elektron bewegt, dann sieht es die Leitungselektronen anders bewegen als die Atomrümpfe und damnach stellen die Atomrümpfe für sich das Gleichgewicht zwischen den elektrischen Kräften her, was aber nicht für das mit anderer Geschwindigkeit bewegende Elektron gilt.
Dieses „ist der Meinung“, dass es ein anderes Gleichgewicht sein müsste, also bleibt ein Restfeld übrig, was sich nicht ausgleicht.
Das ist das magnetische Feld…