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Frage_für_einen_freund
Gast
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 Frage_für_einen_freund Verfasst am: 17. Aug 2024 11:15 Titel: Magnetismus als relativistisches Phänomen |
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Meine Frage:
Szenario: Stromdurchflossener Draht und ein stationäres Elektron
Wenn ein Strom durch einen Draht fließt, bewegen sich die Elektronen im Draht relativ zur ruhenden positiven Ladung der Atomkerne im Metall. In der Ruhestellung (aus Sicht des Drahtes) sind die positiven Ladungen gleichmäßig verteilt und die Elektronen bewegen sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung des Stromflusses.
Betrachten wir nun ein ruhendes Elektron, das sich außerhalb des Drahtes befindet. Aus Sicht dieses Elektrons gibt es zwei Effekte:
1. Längenkontraktion der bewegten Elektronen: Aufgrund der Bewegung der Elektronen im Draht kommt es aus Sicht des ruhenden Elektrons außerhalb des Drahtes zu einer Längenkontraktion der Elektronen (relativistische Längenkontraktion). Das bedeutet, dass die Dichte der Elektronen im Draht aus der Sicht des ruhenden Elektrons zunimmt. Diese erhöhte Elektronendichte bewirkt eine Erhöhung des elektrischen Feldes, das auf das ruhende Elektron außerhalb des Drahtes wirkt. Das Elektron wird daher aufgrund dieses erhöhten Feldes abgestoßen.
2. Aus Sicht der bewegten Elektronen im Draht:
? Relativ zur sich bewegenden Elektronenwolke im Draht ist die positive Ladung der Atomkerne im Draht in Bewegung. Aufgrund der Relativität der Bewegung erscheinen die Atomkerne (positive Ladungen) kontrahiert, wodurch die positive Ladungsdichte zunimmt. Das würde bedeuten dass das Elektron angezogen wird. Wo ist der Fehler im Perspektivwechsel?
Meine Ideen:
Lorentzkraft? Aber das wäre wieder ein magnetischer Effekt? |
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Kurt
Anmeldungsdatum: 20.06.2021
Beiträge: 899
Wohnort: Bayern
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| Kurt Verfasst am: 17. Aug 2024 12:53 Titel: Re: Magnetismus als relativistisches Phänomen |
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| Frage_für_einen_freund hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Szenario: Stromdurchflossener Draht und ein stationäres Elektron
Wo ist der Fehler im Perspektivwechsel?
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Der Fehler liegt tiefer, es gibt keine Längenkontraktion.
Kurt |
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Frage_für_einen_freund
Gast
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| Frage_für_einen_freund Verfasst am: 17. Aug 2024 13:23 Titel: Längenkontraktion |
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Wie meinst du das? |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3563
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| ML Verfasst am: 17. Aug 2024 13:37 Titel: Re: Magnetismus als relativistisches Phänomen |
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Hallo,
Kurt hat im Bezug auf die Relativitätstheorie zwar große Überzeugungen, aber nur wenig Kenntnisse.
| Frage_für_einen_freund hat Folgendes geschrieben: |
Betrachten wir nun ein ruhendes Elektron, das sich außerhalb des Drahtes befindet. Aus Sicht dieses Elektrons gibt es zwei Effekte:
1. Längenkontraktion der bewegten Elektronen: Aufgrund der Bewegung der Elektronen im Draht kommt es aus Sicht des ruhenden Elektrons außerhalb des Drahtes zu einer Längenkontraktion der Elektronen (relativistische Längenkontraktion). Das bedeutet, dass die Dichte der Elektronen im Draht aus der Sicht des ruhenden Elektrons zunimmt. Diese erhöhte Elektronendichte bewirkt eine Erhöhung des elektrischen Feldes, das auf das ruhende Elektron außerhalb des Drahtes wirkt. Das Elektron wird daher aufgrund dieses erhöhten Feldes abgestoßen.
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Das ist so in Ordnung*.
Die magnetische Kraft entfällt hier, weil die Geschwindigkeit des außerhalb des Drahtes befindlichen Elektrons in dessen Ruhesystem definitionsgemäß gleich null ist. Folglich gibt es hier keine Lorentzkraft.
| Zitat: |
2. Aus Sicht der bewegten Elektronen im Draht:
? Relativ zur sich bewegenden Elektronenwolke im Draht ist die positive Ladung der Atomkerne im Draht in Bewegung. Aufgrund der Relativität der Bewegung erscheinen die Atomkerne (positive Ladungen) kontrahiert, wodurch die positive Ladungsdichte zunimmt. Das würde bedeuten dass das Elektron angezogen wird. Wo ist der Fehler im Perspektivwechsel?
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Im Bezugssystem, in dem die Driftgeschwindigkeit der Leitungselektronen null beträgt, herrscht ein Stromfluss im Draht, da sich die Rumpfatome bewegen. Darüber hinaus liegt ein sehr kleines E-Feld vor.
Die Gesamtkraft auf das außerhalb befindliche Elektron lautet:
)
Du hast nur das E-Feld betrachtet. Es ist aber die elektromagnetische Gesamtkraft, die (bei kleinen Relativgeschwindigkeiten zwischen allen betrachteten Bezugssystemen in ausgezeichneter Näherung) konstant bleibt.
Viele Grüße
Michael
*Manchmal ist es in diesen Zusammenhängen aber auch besser, sich in ein Bezugssystem zu versetzen, in dem Rumpfatome und Leitungselektronen die gleiche Geschwindigkeit (entgegengesetztes Vorzeichen) haben, d. h. in einem Bezugssystem, das den Elektronen mit deren halber Driftgeschwindigkeit "hinterherläuft". |
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Kurt
Anmeldungsdatum: 20.06.2021
Beiträge: 899
Wohnort: Bayern
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| Kurt Verfasst am: 17. Aug 2024 14:10 Titel: Re: Längenkontraktion |
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| Frage_für_einen_freund hat Folgendes geschrieben: | | Wie meinst du das? |
So wie ich es geschrieben habe.
Kurt |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8762
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| jh8979 Verfasst am: 17. Aug 2024 17:36 Titel: Re: Magnetismus als relativistisches Phänomen |
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| Kurt hat Folgendes geschrieben: | | Frage_für_einen_freund hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Szenario: Stromdurchflossener Draht und ein stationäres Elektron
Wo ist der Fehler im Perspektivwechsel?
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Der Fehler liegt tiefer, es gibt keine Längenkontraktion.
Kurt |
Do not feed the troll!
[PS: ich lösche kommentarlos!] |
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