Lorentzkraft und Maxwell Gleichungen?
Hallo,
kann jemand versuchen mir einfach und anschaulich zu erklären was die Ursache von Lorentzkraft ist und warum z.B. ein veränderliches mag. Feld ein elektr. Feld erzeugt?
(Bitte nicht anhand von den "primitiven" Schul-Gleichungen erklären. Bin mit diesen Gleichungen gut vertraut. Auch die Maxwell Gleichungen an sich sind nicht hilfreich, da diese nur Gesetzmäßigkeiten definieren aber deren Herkunft nicht erklären.
Kann aber auch gut sein, das das eines dieser Themen ist, deren einzigste Antwort die folgende ist:
Experimente, Modelle und Gleichungen funktionieren, aber der Grund ist unbekannt. (Beispielsweise der theoretisch gedachte Ball der durch eine 2D Ebene periodisch springt. Ein"2D-Mensch" kann Periode, Geschwindigkeit etc beschreiben aber nie verstehen)
5 Antworten
Die Maxwell-Gleichungen und Lorentzkraft mit den drei Materialgleichungen sind sozusagen die Axiome der klassischen Elektrodynamik. Dass es bspw. keine magnetischen Quellen und Senken gibt ist eine Tatsache und wird entsprechend durch divB = 0 beschrieben.
Weil es so ist. Für das warum muss es in der Physik nicht immer eine Antwort geben.
Magnetfelder kann man relativistisch mit elektrischen Feldern "erklären", die man in ein bewegtes System transformiert . Nachzulesen in jedem Buch über klassische Elektrodynamik. Das ist aber nicht ganz ohne zusätzliche Annahmen möglich. Jedenfalls stehen E und B in einem engen Zusammenhang wie man aus dem Transformstionsverhalten des elektromagnetischen Feldstärketensors sehen kann. Aber such das erklärt nicht das warum, nur das wie.
Soweit mir bekannt ist, folgt die einzige Erklärung der Lorentzkraft aus der speziellen Relativitätstheorie, das kannst du hier nachlesen:
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativit%C3%A4tstheorie#Lorentzkraft
Das ist nicht eines dieser Themen wo die Antwort einfach "das ist so" ist. Aber anschaulich und einfach erklären kann ich das zumindest nicht. Elektrische und magnetische Kräfte kann man sich mit der Relativitätstheorie herleiten oder zumindest verstehen. Dafür braucht man aber ein paar Vorkenntnisse.
Ein gutes Buch zur Relativitätstheorie hilft da definitiv mehr als gutefrage.net.
Und die Maxwell Gleichungen im CGS system sagen einem schon so einiges. Da fällt einem auch auf dass man E und B Feld auch so definieren kann dass sie die selbe Einheit haben. Und dass man E und B felder tauschen kann indem man relativistische Bezugssysteme wechselt.
Die Physik beschreibt Abläufe und Zusammenhänge! Das 'Warum' ist eher eine Frage der Philosophie!
Warum ist das soo wichtig? Durchquert eine el. Ladung ein B-Feld senkrecht zur FeldRichtung entsteht senkrecht zu beiden die LorentzKraft! Und fertig!
Die bewegte Ladung erzeugt selbst ein konzentrisches B-Feld! Auf der einen Seite verstärken sich die Felder, auf der anderen Seite schwächen sie sich ab.
Man könnte jetzt sagen, dass das stärkere Feld wie eine Sprungfeder wirkt und in Richtung des schwächeren Felds eine Kraft entsteht, aber da kann man genauso nach dem 'Warum' fragen, ist einen Schritt tiefer, aber keinen Deut schlauer!
Das was du erklärst habe ich bereits alles verstanden, denn das ist das was alle Lehren und Experimente zeigen. Aber hier nach dem warum zu fragen macht es doch interessant. Generell finde ich es immer interessant grundlegende Dinge zu hinterfragen... meistens wird es aber zu mathematisch und zu schwer.
(Warum wirst du von der Erde angezogen? Warum gibt es Morgenröte? Wie entsteht Regen? Warum haben wir Tag und Nacht? Warum gibt es Gezeiten (ist nicht das Ammenmärchen vom anziehenden Mond) ?)
Alles das ist einem Farmer der nur seine Pflanzen anbaut egal. Ist er deswegen dumm oder schlau ... das weißt du nicht
Besitzt er wenig wissen? ...vielleicht
Es geht mir nicht ums schlau sein sondern um das Wissen
1. Schwerkraft
2. Dispersion
3. Kondensation
4. ErdRotation
5. Gravitation und Trägheit
Das Problem ist: Das sind alles Effekte und Zusammenhänge! Bei einigen kann man zwar noch ein paar Stufen tiefer bohren, kommt aber trotzdem iwann an eine Stelle, wo sich das 'Warum?' nicht mehr weiter erklären lässt!
Zusammengefasst stimmst du dem letzten Teil meiner Frage also zu?
Nein! Was der Unterschied zwischen 'Schlau sein' und 'Wissen' sein?
Wir können sehr viel erklären, aber nicht begründen! Deshalb ist die Frage nach einer 'Begründung' (Warum?) eigentlich nie im Detail zu beantworten! Wir können nur immer detailiertere Zusammenhänge und differenzierte Erklärungen liefern!
Ich habe mich jahrelang furchtbar geärgert, dass immer zu lesen war, dass der Magnetismus eine Konsequenz der SRT ist, aber niemand sich herabgelassen hat, das Warum zu erklären. Und das ist kein hochphilosophisches Warum, sondern einfach etwas Erklärung, das Aufzeigen von Konsequenzen. Wenn man die Erklärung kennt, ist es dann ganz einleuchtend.
Feynman war dann so lieb, es zu erklären, in seinen berühmten Vorlesungen. Inzwischen kann man es (natürlich?) auf Wikipedia nachlesen, diese Peters Link.
Und was machst Du, wenn jetzt jemand fragt, WARUM sich verschiedene Ladungen anziehen? Oder WARUM es nur zwei el Ladungen gibt?
Dann sage ich, dass man es nicht weiß.
Der Magnetismus ist aber keine grundlegende Erscheinung, lässt sich ganz logisch herleiten.
Neugier (auch Neugierde) ist das als ein Reiz auftretende Verlangen, Neues zu erfahren und insbesondere, Verborgenes kennenzulernen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Neugier