Was ist der Unterschied zwischen Magnetfeld und elektrischem Feld?
Hallo!
Warum unterscheidet man Magnetfelder von elektrischen Feldern, wenn beide auf die Kräfte der Ladungen rückzuführen sind?
Und was bedeutet, das Photon wechselt das Feld so und so oft?
Was passiert dabei im Raum und warum hat es dadurch mehr Bewegungsenergie?
Lg
5 Antworten
Ich weiß nicht was du mit den Photonen im elektromagnetischen Feld meinst, aber zum ersten Teil der Frage:
Man dachte sich früher, dass die magnetische und elektrische Kraft zwei unterschiedliche sind, bis man erkannte, dass das magnetische Feld aus bewegten(!) elektrischen Ladungen über Einsteins spezielle Relativität entsteht.
Jetzt benutzt man oft das elektromagnetische Feld, was die Summe des elektrischen und magnetischen Feldes ist.
Es ist trotzdem sehr sinnvoll, die beiden Felder unterschiedlich zu betrachten. Zum einen beziehen sich die Maxwellgleichungen, die Grundlage der Elektrodynamik (und statik) sind jeweils auf entweder das elektrische oder das magnetische Feld, zum anderen übt das magnetische Kraft auf Ladungen in Abhängigkeit von deren Geschwindigkeiten aus. Zu guter letzt existieren (wahrscheinlich, bzw bis jetzt noch nicht entdeckt) keine magnetischen Monopole, aber elektrische Monopole. Das Magnetfeld entspringt mit Einstein so zu sagen aus dem elektrischen Feld, weswegen die gemeinsame Einführung nicht gut funktioniert.
Ja, dann ist das Magnetfeld schlicht ein sich bewegendes elektrisches Feld?
Naja, es ist nicht ein sich bewegendes elektrisches Feld, entsteht aber durch sich bewegende Ladungen. Die bewegenden elektrischen Felder existieren trotzdem.
viele Aspekte des elektromagnetischen Feldes wurden in den voherigen Antworten korrekt beantwortet.
Ich möchte folgendes ergänzen:
Man muss das elektrische und magnetische Feld als separate Feldkomponenten des elektromagnetischen Feldes betrachten, ein magnetisches Feld ist NICHT ein elektrisches Feld anders interpretiert.
Grunsätzlicher Unterschied ist der Effekt auf Ladungen: ein elektrisches Feld beschleunigt ein Ladung in Beweungsrichtung, macht sie also schneller. Ein magnetisches Feld beschleunigt die Ladung senkrecht zur Bewegung, lenkt sie also nur ab, das ist ein fundamentaler Unterschied.
Eine statische Ladung hat nur ein elektrisches Feld, betrachtet man aber die Ladung aus einem bewegten Koordinatensystem (durch Lorentztransformation) so sieht man sowohl ein elektrisches als auch magnetisches Feld. Die Erzeugung, Ausbreitung und gegenseitige Wechselwirkung ist durch die Maxwell Gleichungen umfassend beschrieben, und diese Systeme gekoppelter partieller Differentialgleichungen lassen sich nicht separat interpretieren, sie gehören zusammen.
Ein elektromagnetische Welle (zB Licht) enthält bei ihrer Ausbreitung immer sowohl ein elektrisches als auch ein magnetisches Feld, das immer senkrecht zum elektrischen steht. Beide Feldkomponenten bereiten sich synchron zusammen mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Also: elektrische und magnetische Felder sind zwei unabhängige Feldkomponenten des EM Feldes die sich auf Ladungen unterschiedlich auswirken und deshalb separat analysiert werden müssen.
Das Magnetfeld ist deshalb NICHT ein bewegendes elektrisches Feld, die Feldlinien die durch einen Strom entstehen stehen senkrecht auf den elektrischen Feldlinien die von den Ladungszentren ausgehen und gleichzeitig existieren. Für ein typisches Feldlinienbild durch einen geraden Stromleiter gibt es viele Referenzen wie zB https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetismus#Beispiele_f.C3.BCr_Magnetfelder
Die Gründe für die separate Behandlung sind eher historisch zu sehen weil man bis zu Maxwell nicht verstand wie die Phänomene zusammenhängen. Auch das relativistische EM Feld enthält separat E und B Feldkomponenten, es ist durch den sogenannten elektromagnetischen Feldtensor beschrieben.
Ich hoffe Du verstehst die wesentlichen Aspekte jetzt: elektrische und magnetische Felder sind zwei UNTERSCHIEDLICHE Feldkomponenten des elektromagnetischen Feldes die sich gegenseitig beeinflussen und bei Wellenausbreitung gemeinsam aber gegenseitig senkrecht stehend mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.
Genau! Jede beliebige Verteilung von elektrischen Ladungen (örtlich und zeitlich) besitzt ein elektromagnetisches Feld, ein Feldtensor genau gesagt, der sowohl elektrische als auch magnetische Feldkomponenten enthält. Wenn nur ein ruhendes Proton betrachtet wird erzeugt dies nur ein elektrostatisches Coulombfeld, die magnetischen Feldkomponenten existieren,sind aber null. Wenn man aus einem bewegten Koordinatensystem das Proton ansieht erkennt man zusätzlich noch ein (sehr schwaches) magnetisches Feld, da die Ladung des Protons als Strom erscheint und deshalb die Quelle eines Magnetfeldes ist, es hängt somit alles zusammen. Ein elektrischer Leiter in dem ein Strom fliesst, kann elektrisch neutral bleiben (die bewegten Elektronen und die positiv geladenen Kerne zusammen sind neutral, sonst fliegt der Leiter auseinander) trotzdem erzeugt er ein Magnetfeld, weil bewegte Ladungen die Quellen von Magnetfeldern sind. Es gibt aber im Gegensatz zu elektrischen Ladungen (wie zB das Proton mit +1) keine magnetischen Monopole. Die Erkenntnis von Maxwell, dass elektromagnetische Felder gekoppelte Felder gleichen Ursprungs sind die sich synchron zueinander mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten war revolutionär. Zusammen mit der Lorentztransformation die erste echte relativistische Feldtheorie. Sowohl elektrische als auch magnetische Felder beschleunigen Ladungen, die elektrische parallel zur Fortbewegungsrichtung, die magnetische senkrecht dazu.
Alles klar? Ich weiss, es tönt kompliziert, hängt aber wirklich wunderbar zusammen. Ich brauchte auch 3-4 Jahre im Physikstudiuem bis ich alle Zusammenhänge verstand.
Die Physik strebt nach vereinheitlichten Theorien. Diese sind dann mathematisch elegant formuliert, aber nicht unbedingt einfach, um schnell mal etwas auszurechnen.
Auch wenn elektrische und magnetische Felder sich in einheitlicher physikalischer Weise beschreiben lassen und zwei Seiten derselben Medaille sind, ist es in der Praxis einfacher, sie getrennt zu betrachten und mit ihnen zu rechnen.
Licht ist als eine elektromagnetische Welle beschreibbar. Man hat elektrische und magnetische Felder, die sich zeitlich sehr rasch ineinander umwandeln. Dafür brauchen sie nur sich selbst, keine Materie oder Ladungen.
Diese Felder haben einen Energiegehalt - und zusammen mit der Welle strömt die Energie durch den Raum.
Also kann man 'ein bewegtes E-Feld' substituieren durch 'ein Magnetfeld', weil es dasselbe ist?
Ein Photon wird emittiert: Was ist beim Photon selbst anders, wenn es gerade ein Magnetfeld besitzt? Woran macht sich das bemerkbar?
Ja, man kann die Felder ineinander transformieren. Dabei kommt die Lorentz-Transformation heraus, wie man sie auch aus der speziellen Relativitätstheorie kennt.
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/el-2009/node25.html
Ein Photon ist nicht anders, wenn es gerade ein Magnetfeld besitzt. So wie ein Pendel nicht anders ist, wenn es gerade am maximalen Punkt der Auslenkung ist.
Angenommen ein Photon bewegt sich an einem Proton vorbei.
Wird es elektrisch beeinflusst je nach dem ob es gerade ein Magnetfeld oder ein E-Feld besitzt?
Gute Frage, ob es so einen Effekt gibt - kann ich nicht beantworten.
Elektrisches Feld entsteht durch Ladungen, magnetisches Feld durch bewegte Ladungen.
Die Energie eines Photons wird durch seine Frequenz bestimmt: W = h·f
Ja aber wenn ich eine bewegte Ladung fotographie, so erkenne ich rein eine elektrische Ladung die funktioniert wie sie es eben tut.
Was bedeutet W = e * f weiterführend? Was passiert mit dem Photon dabei? Was ist anders, wenn es magnetisch ist?
Um bewegte Ladungen lässt sich ein Magnetfeld nachweisen.
Photonen werden nicht durch Magnetfelder beeinflusst. Bei "Photonen" wird es insgesamt "unvorstellbar": Welle - Teilchen -Dualismus. (W=h·f und W = mc² ergibt p = h/lambda, Photonen (Teilchen) haben einen Impuls, der von der Wellenlänge abhängt.
Und werden Photon durch elektrische Felder schon beeinflusst? Ich dachte sie sind neutral und werden nur durch die G-Kraft farbverschoben.
Besitzt ein ruhendes Proton also kein elektromagnetisches Feld, sondern nur ein elektrisches? Oder gibt es nur elektromagnetische Felder und die magnetische Komponente des o. g. Protons ist null?