Ist es Zufall, dass unser Raum 3 Dimensionen hat und in der Elektrodynamik elektrische Felder, magnetische Felder und Bewegung im Prinzip senkrecht zueinander?

Habe dazu mal ChatGPT befragt, hier die Antwort:

Die Frage, ob die dreidimensionale Natur des Raums und die orthogonalen Beziehungen zwischen elektrischen Feldern, magnetischen Feldern und Bewegungen Zufall sind, berührt tiefere physikalische und mathematische Konzepte.
Dimension des Raums: Die dreidimensionale Struktur unseres Raums ist eine beobachtete Eigenschaft der Welt, wie wir sie kennen. Es gibt physikalische Theorien, die die Dimensionen des Raums zu erklären versuchen, und in der Regel wird angenommen, dass unsere physikalischen Gesetze in der drei-dimensionalen Struktur, in der wir leben, formuliert sind. In der Stringtheorie beispielsweise wird angenommen, dass es zusätzliche, komprimierte Dimensionen gibt, die für uns nicht direkt zugänglich sind.
Elektrodynamik: In der klassischen Elektrodynamik von Maxwell sind die elektrischen und magnetischen Felder Vektoren, die in einem dreidimensionalen Raum definiert sind. Die Beziehung zwischen diesen Feldern und der Bewegung von Ladungen führt zu den bekannten Maxwell-Gleichungen. Es ist bemerkenswert, dass die Lorentz-Transformation, die die relativistische Beziehung zwischen Raum und Zeit beschreibt, auch die Tatsache berücksichtigt, dass die Felder und die Bewegungen zueinander orthogonal sind.
Interdependenz: Die orthogonalen Beziehungen zwischen elektrischen Feldern (E), magnetischen Feldern (B) und der Geschwindigkeit (v) sind aus der Struktur der Maxwell-Gleichungen heraus verständlich. Diese Beziehungen sind nicht willkürlich, sondern resultieren aus den symmetrischen Eigenschaften der Raum-Zeit und der Natur, wie elektrische und magnetische Felder interagieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Dimensionen des Raums und die orthogonalen Beziehungen in der Elektrodynamik nicht einfach Zufall sind, sondern tiefere physikalische Gesetze widerspiegeln. Es bleibt jedoch eine offene Frage, warum sich die Natur auf diese Weise manifestiert und ob es grundlegende theoretische Prinzipien gibt, die für die dreidimensionale Realität und die beobachteten Zusammenhänge verantwortlich sind.

Kann man also vielleicht annehmen, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit daher kommt, dass sich unser Leben, unsere Wahrnehmungen letztlich komplett auf Elektrodynamik-Ebene abspielt? Elektromagnetische Wellen aller Art eh, Berührungen aber auch, es berühren sich doch "nur" Elektronenschalen.

Gravitation spüren wir auch nur per Effekte auf genannter Weise, selbst Denken basiert darauf.

Wir nehmen so gesehen nur bestimmte Eigenschaften von Dingen, nie die Dinge selbst.

Wie seht ihr das?

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Frage zu Magnetfeldern?

Hallo an alle,

meine Freunde und ich zerbrechen uns jetzt schon mehrere Tage über folgende Aufgabe zu Magnetfeldern den Kopf. Alle Tipps sowie Lösungsvorschläge sind willkommen! Danke im Voraus und hoffe wirklich auf ein paar neue Ideen :)

Aufgabe:

Betrachte das abgebildete Beispiel für ein Co-Cu-Co Schichtsystem. Auf einem sehr gut leitfähigen Substrat befinden sich zwei gleich große Cobaltschichten (Co, ferromagnetisch), die durch eine dünne Kupferschicht (Cu, näherungsweise nicht magnetisch) getrennt sind. Durch den direkten Kontakt mit dem Substrat ist die Magnetisierungsrichtung der unteren Cobaltschicht festgelegt. Die Magnetisierung der oberen Cobaltschicht kann aber anders orientiert sein. Ohne äußeres Magnetfeld sind die Magnetisierungsrichtungen der Schichten antiparallel orientiert (Situation A). Ein starkes äußeres Magnetfeld führt zur parallelen Orientierung (Situation B). Senkrecht zum Schichtsystem wird nun eine Spannung angelegt, die zu einem durch Elektronentransport erzeugten Strom führt. Die Spinorientierung der Elektronen ist entweder parallel (→) oder antiparallel (←) zur Magnetisierungsrichtung der unteren Cobaltschicht. Dies führt zu unterschiedlichen elektrischen Widerständen in den Cobaltschichten. Nimm für die Beschreibung des elektrischen Widerstandes folgendes an: • Jeweils die Hälfte der Leitungselektronen hat Spinorientierung → und ←. Die Spinorientierung ändert sich nicht. • In einer Cobaltschicht haben Elektronen, deren Spin parallel zur Magnetisierungsrichtung der Schicht ausgerichtet ist, einen niedrigeren spezifischen Widerstand (ρ↑↑) als Elektronen mit antiparalleler Spinorientierung (ρ↑↓). • Der elektrische Widerstand von Substrat und Kupferschicht ist vernachlässigbar. • Das äußere Magnetfeld beeinflusst die Elektronenbewegung nicht.

a) Erstelle für die Situationen A und B je eine Ersatzschaltskizze für den Stromfluss durch das Co-Cu-Co Schichtsystem

b) Zeige, dass für die Gesamtwiderstände RA und RB des Schichtsystems gilt: RA > RB.

c) Berechne mit Hilfe deiner Ersatzschaltbilder die relative Änderung des Widerstand des Schichtsystems aufgrund des GMR-Effekts. Drücke dein Ergebnis durch das Verhältnis α = ρ↑↑/ρ↑↓ aus.

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Entsteht eine Phasenverschiebung beim Strom und Spannung zusammen oder einzeln, bei einer Induktiven- und Kapazitiven Last?

Also ich weiss, dass eine Phasenverschiebung (Reaktanz) bei der Induktiven Last der Strom Phasenverschoben wird und bei einer Kapazitiven Last die Spannung Phasenverschoben wird, wodurch eine Blindleistung ensteht.

Aber ich habe mir darüber bisschen mehr Gedanken gemacht und kam zur Hypothese, dass bei einem Induktiven- oder Kapazitiven Last beide Parameter (Strom und Spannung) Phasenverschoben werden (bei Wechselstrom).

Zum Beispiel, bei einem Stromkreis wo eine E-Spule vorhanden ist und dieser wird mit Wechselstrom betrieben.

Wenn nun dieser Wechselstom durch diese E-Spule fliesst, ensteht eine Induktivität und dadurch ensteht eine Reaktanz beim Strom, aber wenn sich nun die Stromrichtung ändert, kommt es in der E-Spule zu einer Selbstinduktion, dadurch wirkt ein entgegengesetzter Stromfluss, sowohl auch eine Spannung. Dadurch müsste dann doch nicht nur der Strom Phasenverschoben werden, sondern auch die Spannung oder?

Beim Kondensator (Kapazitiven Last) kann man dies genauso anwenden, nach meiner Hypothese.

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Frage über Physik: Souvenirmagnete haften mal besser und mal schlechter an Magnettafeln?

Hallo Leute, ich habe vor kurzem eine Magnettafel bestellt, weil ich meine Souvenir-Magnete, die ich sammle (ich reise sehr viel und kaufe auf jeder Reise Souvenir-Magnete ein), nicht länger am Kühlschrank kleben haben wollte, sondern sie lieber in meinem Wohnzimmer haben wollte, wo ich sie immer sehen kann.

Jedenfalls ist es so, dass die schweren Souvenir-Magnete irgendwie nicht so gut an meiner Magnettafel haften wie am Kühlschrank. Deshalb bin ich auf die Idee gekommen, die schwereren Magnete erstmal mit anderen Magneten zu "stützen", damit sie nicht herunterfallen. (Also ich platze einen gut haftenden Magneten unter den "wackeligen" Magneten und verhindere dadurch, dass sie nach unten rutschen oder ganz runterfallen).

Meine Frage ist:

Mir ist aufgefallen, dass Magneten, die normalerweise sofort runterrutschen, wenn ich versuche, sie ohne "Support" zu platzieren, haften bleiben, wenn sie vorher gestützt worden sind. Ich glaube, das ist ein physikalischer Effekt, aber ich habe echt keine Ahnung von Physik. Kann mir das jemand von euch vielleicht erklären, warum schwere Magneten haften bleiben, wenn sie vorher gestützt wurden, aber runterrutschen oder abfallen, wenn ich versuche, sie direkt zu platzieren?

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[Physik] Geschwindigkeitsfilter bei Ionenstrahlen?

Guten Tag,

ich benötige bei der Aufgabe noch etwas Hilfe, um sie verstehen zu können. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten.

[Hinweis des Lehrers zur Aufgabe:]

Ar^(+) Ionen haben die Ladung 2, Ar^(2+) Ionen die Ladung 2e. Verwenden Sie für die Masse der Argon-Ionen den Wert 39,948 * 10^(-27) kg.
  • Was sind überhaupt Argon Ionen?
  • Wieso ist die Ladung von Ar^(+) Ionen = 2 und nicht e, denn die Ladung von Ar^(2+) Ionen ist ja 2e.

[Hier meine bereits bestehenden Fragen:]

  1. Wie genau würdet ihr eine mögliche Antwort auf die Aufgabe 2.1 „Erklären Sie die Funktionsweise des Geschwindigkeitsfilters.“ formulieren? Mein Vorschlag: In einem Geschwindigkeitsfilter können mithilfe eines elektrischen und eines magnetischen Feldes Elektronen einer bestimmten Geschwindigkeit aus einem Strom von geladenen Teilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gewonnen werden.
  2. Aber woran erkenne ich überhaupt, dass es sich hier um Elektronen handelt? Es handelt sich ja um Argon Ionen und das verwirrt mich.
  3. Ich benötige noch viel Hilfe bei dieser ganzen Aufgabe 2 (2.1 und 2.2) 🤯

[Damit ihr mir leichter bei der Aufgabe helfen könnt, schreibe ich euch hier die Aufgaben 2.1 und 2.2 als Text hin, damit ihr den Text als Zitat in eurer Antwort verwenden könnt.]

2.1

Erklären Sie die Funktionsweise des Geschwindigkeitsfilters.

Weisen Sie nach, dass die Ladung und die Masse der Ionen keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit der gefilterten Ionen des Strahls haben.

2.2

Nach Verlassen des Filters bewegt sich der Strahl aus Ar^(+) -Ionen und Ar^(2+) -Ionen durch eine Blende in einem Magnetfeld B2 mit der gleichen Flussdichte B2 = B1 weiter und wird auf einen Detektor abgelenkt, der die Strahlen an zwei Stellen P1 und P2 registriert.

Geben Sie an, welche der Argon-Ionen im Punkt P1 bzw. im Punkt P2 auftreffen.

Begründen Sie Ihre Antwort.

Berechnen Sie die erforderliche Spannung am Kondensator des Geschwindigkeitsfilters, wenn der Auftreffort der Ar^(+) -Ionen von der Blende den Abstand a = 20 mm haben soll.

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[Physik] Richtung elektrisches Feld im Kondensator angeben?

Guten Tag,

ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um die Aufgabe vollständig zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten zu meinen Fragen (siehe unten).

  • Die Aufgaben a) und b) habe ich verstanden und bereits gelöst.
  • Die Aufgabe c) ist für mich nicht relevant.
  • Die Aufgabe d) verstehe ich leider noch nicht so gut.
  • Da das Magnetfeld in die Zeichenebene zeigt (Drei-Finger-Regel der linken Hand), werden die Elektronen innerhalb des Kondensators nach unten abgelenkt. Das bedeutet, dass die Lorentzkraft innerhalb des Kondensators nach unten zeigt. Somit muss die Coulombkraft (elektrische Kraft) innerhalb des Kondensators nach oben zeigen. Dies wird erreicht, wenn die untere Platte negativ geladen ist und die obere Platte positiv.
  • Nun bin ich mir aber unsicher, was die Richtung des elektrischen Felds im Kondensator ist, wenn die untere Platte negativ geladen ist und die obere Platte positiv geladen ist.
  • Wie man U (Plattenspannung) berechnet, verstehe ich. Denn die Kondendatorspannung/Plattenspannung ist ja so eingestellt, dass sich die Elektronen im Kondensator unabgelenkt entlang der x-Achse bewegen. Somit muss Fl (Lorentzkraft) = Fc (Coulombkraft) sein.
  • Die Aufgabe e) ist für mich nicht relevant.
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Kann mir jemand hierbei helfen?

Einleitung

Im ersten Versuch habt ihr erfahren, dass ein stromdurchflossener Leiter ein Magnetfeld erzeugt. In diesem Versuch wird der Einfluss eines sich verändernden Magnetfeldes auf einen elektrischen Leiter untersucht. Dieses Prinzip wird auch in Generatoren angewendet, wie z.B. im Fahrraddynamo und Windkraftanlagen.

Was ihr am Ende können sollt:

• Beschreiben können, wie sich die Bewegung von Spule und Magnet im Verhältniss zueinander auf das Magnetfeld auswirkt.

Was ihr vorher wissen solltet:

• Wie eine Spule zu einem Elektromagneten verändert werden kann.

• Wie nachgewiesen wird, dass eine elektrische Spannung, anliegt.

Durchführung

Baut den Versuch wie in Abbildung 1 dargestellt auf. Verwendet dabei die Spule mit 20.000 Windungen. Achtet darauf, dass euer Multimeter auf Volt eingestellt ist. Achtung: Beginnt immer mit dem größten Messbereich (1000 V) und schaltet dann herunter!

(a) Bewegt den Magneten mit dem Südpol nach vorne langsam in die Spule hinein. Lasst den Magneten kurz in der Spule ruhen und zieht ihn dann langsam wieder heraus. Beob- achtet dabei die Veränderung der Anzeige des Messgerätes. Wiederholt den Versuch indem ihr

(b) den Magneten schneller in die Spule bewegt.

(c) den Magneten langsamer in die Spule bewegt.

(d) den Magneten mit dem Nordpol nach vorne in die Spule bewegt.

(e) den Magneten in der Spule ruhen lasst.

(f) den Magneten festhaltet und die Spule bewegt.

(g) die Spulen mit 1600 Windungen verwendet und (a) wiederholt.

Das sind meine Beobachtungen:

(a) Wenn der Magnet langsam in die Spule hineinbewegt wird, steigt die Anzeige des Messgeräts an. Wenn der Magnet wieder herausgezogen wird, fällt die Anzeige ab.

(b) Beim schnellen Hineinbewegen des Magneten steigt die Anzeige schneller an und fällt auch schneller ab, wenn der Magnet herausgezogen wird.

(c) Beim langsamen Hineinbewegen des Magneten steigt die Anzeige langsamer an und fällt auch langsamer ab, wenn der Magnet herausgezogen wird.

(d) Wenn der Magnet mit dem Nordpol nach vorne in die Spule bewegt wird, zeigt das Messgerät eine Veränderung in der entgegengesetzten Richtung im Vergleich zu (a).

(e) Wenn der Magnet in der Spule ruht, gibt es keine Veränderung in der Anzeige des Messgeräts.

(f) Wenn der Magnet festgehalten und die Spule bewegt wird, gibt es eine Veränderung in der Anzeige des Messgeräts.

(g) Mit der Spule mit 1600 Windungen wird eine ähnliche Veränderung beobachtet wie in (a), jedoch möglicherweise mit geringerer Spannung aufgrund der geringeren Anzahl von Windungen.

Sind die so richtig?

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