Was hat die Lorentzkraft mit Relativitätstheorie zu tun?
4 Antworten
Hallo gushteusz,
die LORENTZkraft ist tatsächlich ein relativistischer Effekt, wie der entsprechende Wikipedia- Artikel es schildert:
Um einen stromdurchflossenen, elektrisch neutralen Leiter entsteht durch den Strom ein Magnetfeld. Dies führt dazu, dass ein Leiter, der diesen Draht entlang gleitet, sagen wir, etwa so schnell, wie die Elektronen im Draht driften, erfährt er eine Kraft, die sich schnell LORENTZkraft deuten lässt. Im Ruhesystem des Drahtes, wohl bemerkt.
Im Ruhesystem des Ladungsträgers kann die Kraft aber nicht so gedeutet werden, da die LORENTZkraft nur auf bewegte Ladungsträger wirkt. Sie muss daher als elektrische Kraft gedeutet werden, also kann der Draht nicht neutral sein. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die Elektronen relativ zu unserem Ladungsträger ruhen und sich die Atomrümpfe bewegen. Dadurch sind ihre Abstände untereinander "längenkontrahiert", wir es irreführend heißt. Das führt zu einem positiven Ladungsüberschuss.
Das elektrische Feld der bewegten Elektronen wird in der Bewegungsrichtung gestaucht (relativistische Längenkontraktion), während das elektrische Feld der ruhenden Protonen unverändert bleibt. So kriegst du scheinbar eine zusätzliche Kraft. Die Relativitätstheorie vereint die Elektrizität mit dem Magnetismus zu einer Theorie. Bzw. die Maxwellschen Gleichungen sind relativistisch. Sie waren auch der Grund, eine Relativitätstheorie zu schaffen.
Wenn du dir das Feld mit Feldlinien vorstellst und dann diese Feldlinien in der Bewegungsrichtung zusammen drückst, sind die Feldlinien senkrecht zur Bewegungsrichtung näher beieinander. 'Näher beieinander' bedeutet aber, dass da eine grössere Kraft ist.
die gesamte theorie des elektromagnetismus ist relativitätstheorie. so natürlich auch die Lorentzkraft.
ohne relativitätstheorie ist die transformation von E und B feldern zwischen verschiedenen bezugssystemen nicht konsistent.
zunächst mal nichts. Was mit der Relativitätstheorie zu tun hat, ist die Lorentztransformation, das ist etwas völlig anderes.
Du irrst Dich. Die LORENTZkraft wirkt bekanntlich auf Ladungsträger, die sich in einem Magnetfeld bewegen, z.B. in dem eines Drahtes, den sie entlang fliegen.
Diese Bewegung kann man aber wegtransformieren, indem man in das Ruhesystem des Ladungsträgers umrechnet.
Die Kraft muss aber natürlich dieselbe sein, man muss sie anders deuten. So kommt man darauf, dass es nur eine elektrische Kraft sein kann, der Draht also gar nicht so neutral ist.
darum schrieb ich "zunächst", denn zunächst erscheint Lorentztransformation als ein Thema für hohe Geschwindigkeiten. Dass das Bild sich weitet, wenn man auf die Ausbreitung der elektromagnetischen Wechselwirkung selbst zugeht, ist für mich immer ein zweiter Schritt gewesen. Im Übrigen ist das Beispiel mit dem stromdurchflossenen Draht einfach zu verstehen, aber die Bewegung von Elektronen in den Magnetfeldern von Permanentmagneten oder gar der Erde ist für jemanden, der auf dem Elektron sitzt, weniger trivial zu beschreiben.
sehr interessant! warum wirkt die stauchung des feldes wie eine zusätzliche kraft? Weil ein elektrostatisches feld "größer" ist als das feld von einem bewegten elektron und man eine kraft hinter der "verkleinerung" vermutet?