Warum erzeugt ein geflossener Strom ein Magnetfeld?

5 Antworten

Okay, zuerst wollte ich dir eine einfache Antwort geben, aber wie ich aus deinen Kommentaren entnehme gibst du dich nicht damit zufrieden. Deswegen kommt hier eine tiefer gehende (und anspruchsvollere) Antwort.

Früher kannte man die Elektrizität und den Magnetismus. Man betrachtete beide unabhängig, bis es gelang beide Erscheinungsformen gemeinsam zu formulieren (siehe Maxwell-Gleichungen in der Physik).

Änderungen im elektrischen Feld können Magnetfelder induzieren und auch umgekehrt. So ist z.B. Licht eine elektromagnetische Welle, welche aus schwingenden elektrischen und magnetischen Feldern besteht. Diese beiden Felder induzieren sich gegenseitig, so dass Licht sich ausbreiten kann. Du kannst das Magnetfeld also nicht unabhängig vom E-Feld betrachten und umgekehrt.

Bewegte Ladungen erzeugen Magnetfelder, ruhende Ladungen elektrische Felder. Wir wissen aus der Physik, dass es kein ausgezeichnetes Bezugssytem gibt und die Physik in allen gleich sein muss. Ich kann eine ruhende Ladung ohne Magnetfeld aus einem ruhenden System betrachten, dies aber auch aus einem bewegten tun. ABER... in einem bewegten Bezugssystem ruht die Ladung plötzlich nicht mehr, sondern bewegt sich relativ zu mir (so wie ich in einem fahrenden Zug auch sagen könnte, dass ich ruhe und sich die Welt da draußen bewegt) und deswegen müsste sie auch ein Magnetfeld erzeugen. Wie ist das möglich?

Jetzt müssen wir in die spezielle Relativitätstheorie eintauchen, ohne diese die Aufstellung der Maxwell-Gleichungen bzw. des Elektromagnetismus keinen Sinn machen würde, weil die Lichtgeschwindigkeit eben immer die gleiche ist.

(die spezielle Relativitätstheorie von Albert Einstein beschreibt wie sich bestimmte Eigenschaften ändern müssen, so dass die Physik für alle bewegten Beobachter gleich ist (so dass insbesondere Licht immer die gleiche Geschwindigkeit c hat, da Naturkonstante; so scheinen sich Längen von Objekten für einen schnell fliegenden Beobachter zu verkürzen auch die Zeit scheint aus seiner Sicht langsamer zu vergehen => Längenkontraktion, Zeitdilatation).

Betrachten wir einen elektrisch neutralen Stab, bestehend aus positiven und negativen Ladungen, durch den ein Strom fließt (die positiven Ladungen ruhen, während die Elektronen fließen und den Strom transportieren). Die negativen und positiven Ladungen kompensieren sich, so dass die negative und positive Ladungsdichte gleich groß ist (=> kein elektrisches Feld). Deswegen liegt nur ein Magnetfeld vor.

Bewege ich mich allerdings mit hoher Geschwindigkeit entlang des Stabes, z.B. mit gleicher Geschwindigkeit wie die fließenden Ladungen, so bewegen sich für mich (zumindest relativ) plötzlich die vorher ruhenden positiven Ladungen. Da sich in der Relativitätstheorie aber bewegte Körper in ihrer Länge verkürzen, erscheint der Stab aus positiven Ladungen plötzlich kürzer als vorher. Die Elektronen hingegen ruhen nun in meinem System und würden sich sogar strecken.

Plötzlich liegt aus der Sicht meines bewegten Beobachtungssystem keine gleiche Ladungsdichte mehr vor (da die Ladungen in der Relativitätstheorie erhalten bleibt; gleiche positive Ladung auf kürzere Strecke bedeutet mehr positive Ladungsdichte, gleiche negative Ladung auf längere Strecke bedeutet wenige negative Ladungsdichte). Der Stab erscheint plötzlich positiv geladen und erzeugt nun auch ein elektrisches Feld.

Elektrische und magnetische Felder sind also keine verschiedenen Felder, sondern nur zwei verschiedene Erscheinungsformen des elektromagnetischen Feldes, welches sich durch die spezielle Relativitätstheorie (abhängig vom Beobachter) ineinander umwandeln.

Du kannst als Ursache für die Entstehung der Magnetfelder die Ladung und das elektrische Feld nehmen (wenn du z.B. ein System findest, in dem nur ein elektrisches Feld vorliegt), welches aus deiner Sicht aber durch die Transformation wie ein Magnetfeld aussieht.

Endlich!!!!

Danke, war jetzt zwar so intesiv für einen Maschinenbaustudenten aber ich habe es ansatzweise geblickt!

Danke sehr

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@Otiv49

Es muss aber doch ein sehr großes Phänomen bzw eine riesen Entdeckungen gewesen sein, dies zu erkennen.?

Ich las in Quellen dass vor Einstein für die Naturwissenschaftler beides etwas Eigenes war.

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@Otiv49

Vielleicht kann ich es sogar noch einfacher erklären. Stell dir einen Beobachter vor, der eine Münze (mit Kopf und Zahl) von vorne ansieht. Änderst du nun den Ort des Beobachters kannst du dir das quasi als Transformation (räumliche Drehung) der Münze vorstellen. Die Münze sieht jetzt anders aus, aber nicht die Münze hat sich verändert, sondern nur deine Perspektive. Beim elektromagnetischen Feld ändert der Beobachter nun abe nicht seinen Ort, sondern seine Geschwindigkeit. Dies führt nun ebenfalls zu einer Transformation, wobei aber wieder nur die Perspektive verändert wird. Für den einen Beobachter sieht es wie ein E-Feld, für den anderen wie ein B-Feld und für wieder einen anderen wie ein gemischtest Feld aus.

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@mrmeeseeks8

Wahnsinnsn Entdeckung ...

Flasht einen total was die Natur alles in sich hat.

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@mrmeeseeks8

Wow also ich muss nochmals kommentieren, ich lese mir deinen Text wieder durch und stelle mir das Schritt für Schritt vor und finde das einfach Wahnsinn ..

Alter Schwede, ich hätte Phsyik anfangen sollen es ist einfach viel geiler als das Ingenieurwesen

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@Otiv49

Wenn du Elektrotechnik studierst, lernst du das auch.

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@Bernte

Bin bei W.Ing Fachbereich Maschinenbau

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@Otiv49

Es ist nie zu spät, auf die gute Seite zu wechseln ;)

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Der Grund dafür sind relativistische Effekte. Diese Effekte sind bei der geringen Geschwindigkeit, mit der sich Elektronen durch einen Leiter bewegen, zwar sehr klein, aber da elektrische Kräfte extrem stark sind, ist das völlig ausreichend.

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrodynamik#Elektrodynamik_und_Relativit%C3%A4tstheorie

Die Erklärung hier ist besonders anschaulich:

http://www.physik.uni-wuerzburg.de/einfuehrung/SS06/21%20Elektromagnetismus%20und%20Relativitaet.pdf

Sobald elektrische Ladungen bewegt werden, bildet sich ein Magnetfeld um diese Ladungsträger.

Kannst Du doch alles ganz einfach googlen...

Ja klar, aber warum ?

Was.löst das aus, dass ein Magnetfeld entsteht...

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@Otiv49

Das ist die physikalische Gesetzmäßigkeit: ein fliessender Strom (also die Bewegung der Elektronen) erzeugt ein Magnetfeld.

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@funcky49

Jaaa ist mir bekannt aber wieso???

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@Otiv49

Lies´ doch einfach die Artikel im Internet, Spiderpig42 hat Dir auch 2 Links gepostet... Man muss doch nicht bereits niedergeschriebene physikalische Erklärungen im Detail nochmal schreiben.

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das liegt an der "atom-kraft", da gibt es die "schwere kraft" die hält unsere ganzere materie zusammen und es gibt die "leichte" welche genau solche gravitativen effekte auf zum beispiel metallische objekte manifestiert.

falsch! du musst bitte mal bei deinen recherchen insbesondere die vervollständigungen durchlesen und nicht nur schnell raus suchen und wenn die überschrift stimmt so nen dementi abgeben..!  

weiter gelesen steht dort:

Zwei der vier Wechselwirkungen (die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung) werden im heutigen Standardmodell der Elementarteilchenphysik aus einer gemeinsamen Grundlage hergeleitet, die den Namen

elektroschwache Wechselwirkung

trägt.

danke für die aufmerksamkeitsspanne die ich dir abverlangen musste

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@xxfistexx

Nur, dass du nicht "elektroschwache Wechselwirkung" geschrieben hast sondern von "schwerer" und "leichter" Kraft, was gleich mal komplett falsch ist.

Wenn du die richtigen Antworten schon kennst, wäre es angebracht, deine Aufmerksamkeitsspanne zu nutzen, um sie auch zu posten.

Das was in deiner Antwort steht ist nichtmal Halbwissen.

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@xxfistexx

Im Übrigen reicht die elektromagnetische Wechselwirkung, das vom Fragesteller nachgefragte Phänomen zu beschreiben. Die vereinheitlichung der elektromagnetischen Wechselwirkung und der schwachen Kernkraft funktioniert nämlich erst bei Energien > 100 Gev

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Aua. Sorry, aber bitte kommentiere keine physikalischen Themen, in denen du dich offensichtlich nicht auskennst. Was da steht ist schwer zu ertragen, und garantiert nicht hilfreich.

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Tut er das?

Tut er.

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