Gebogener Draht, Elektronen und elektromagnetisches Feld

Hallo,

ich hoffe, das Thema ist nicht zu speziell, aber ich stelle mir gerade die folgende Frage:

Ein ruhende Ladung (z.B. Elektron) erzeugt ein elektrisches Feld bzw. weist ein elektrisches Feld auf. Eine gleichförmig bewegte Ladung erzeugt ein magnetisches Feld, eine beschleunigte Ladung ruft ein elektromagnetisches Feld hervor. So weit so gut, aber was ist wenn ich einen konstanten Stromfluss in einem Leiter habe, dieser jedoch gebogen ist? Dann liegt im Prinzip eine Beschleunigung der Ladungsträger vor und es müsste trotz Gleichspannung ein elektromagnetisches Feld vorhanden sein. Kann das stimmen?

Nein.

Eine gleichförmig bewegte Ladung erzeugt ein elektromagnetisches Feld, genauso wie eine beschleunigte.

Du kannst also einen Gleichstromelektromagneten, genauso wie einen Wechselstrommagneten bauen und auch der gerade Leiter wird bei Stromfluss sich magnetisch bewegen.

Was du ggf meinst ist elektromagnetische Strahlung:

Ein zeitlich veränderlicher elektrischer Strom gibt elektromagnetische Wellen ab. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen hochfrequenten Wechselstrom in einem geraden elektrischen Leiter, dem Hertzschen Dipol. In der Funktechnik nutzt man dies mit Sende-Antennen zur drahtlosen Übertragung von Signalen.

Quelle: Wikipedia: Elektromagnetische Welle


Das Problem bei deinem Verständnis: bei Gleichstrom und einer Spule wird ein konstantes Magnetfeld aufgebaut. Und dann passiert nichts mehr ;) .

S haust du dir jeden einzelnen Ladungstrager an, dann hattest du zwar einen "Impuls" der tritt aber erst in Erscheinung, wenn du wirklich Impulse durch den Leiter schickst und dann hast du:

zeitlich veränderlicher elektrischer Strom

Quelle: s. o.

@abbacbbc
vielen Dank für deine Ausführungen :)

abbacbbc schrieb:Eine gleichförmig bewegte Ladung erzeugt ein elektromagnetisches Feld, genauso wie eine beschleunigte.

Eine gleichförmig bewegte Ladung erzeugt meiner Meinung nach kein elektromagnetisches Feld, sondern nur ein magnetisches (und auch nach wir vor ein elektrisches, aber eben kein elektromagnetisches (Wechselfeld)).

Meine Frage war ja, was passiert, wenn ich eine elektrische Ladung zwar gleichförmig bewege, dies jedoch auf einer Kreisbahn (gebogener Draht (Spule)). Damit zwinge ich die Ladungsträger auf eine Kreisbahn, somit werden sie quer zur Bewegungsrichtung beschleunigt. Dann müsste man theoretisch ein elektromagnetisches Feld nachweisen können. Voraussetzung ist natürlich, dass meine bisherigen Annahmen stimmen ;)

Weide schrieb:Eine gleichförmig bewegte Ladung erzeugt meiner Meinung nach kein elektromagnetisches Feld, sondern nur ein magnetisches (und auch nach wir vor ein elektrisches, aber eben kein elektromagnetisches (Wechselfeld)).

Da haben wir es doch schon: du meinst das Wechselfeld und kein elektromagnetisches Feld.

Letzteres ist im Gegensatz zu Paramagmetismus eben auf Elektrik also Ströme angewiesen.

Da musst du mal trennen.

Weide schrieb:Damit zwinge ich die Ladungsträger auf eine Kreisbahn, somit werden sie quer zur Bewegungsrichtung beschleunigt. Dann müsste man theoretisch ein elektromagnetisches Feld nachweisen können. Voraussetzung ist natürlich, dass meine bisherigen Annahmen stimmen ;)

Nein. Für eine elektromagnetische Welle muss dich das Feld ändern und das ändert sich nur wenn der Strom sich ändert.

Unterschiedlich geformte Spulen ergeben unterschiedlich geformte Magnetfelder, aber keine elektromagnetische Strahlung bei gleichförmigen Strom.

Dein Urexperiment braucht noch nichtmal einen Leiter und wird in der Schule durchgenommen.

Frag im nächsten Gymnasium nach wann wieder die Helmholzspilen mit Fadenstrahlröhre aufgebaut werden und untersuche es:

Durch das außenliegende Magnetfeld werden die Elektronen auf eine Kreisbahn gezwungen. Leider ist der Strom in den Spulen , wie auch der Elektronenstrom konstant und damit entsteht keine elektromagnetische Strahlung, im Gegensatz zu den Kollisionen der Elektronen an der leichten Gasfüllung des Kolbens

Physik LK 14 - e/m - Bestimmung / Fadenstrahlrohr

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1) Wenn du eine gelandene Kugel an einem Seil im Kreis schwings erzeugst du damit elektromagetische Strahlung

2) Wenn du eine konstanten strom durch einen Kreisförmigen Leiter schickst tust du dass nicht.

@Weide
Letztendlich sind die Maxwellgleichungen die konsistente beschreibung von elektromagnetische feldern

einelfälle wie

Weide schrieb:Ein ruhende Ladung (z.B. Elektron) erzeugt ein elektrisches Feld bzw. weist ein elektrisches Feld auf. Eine gleichförmig bewegte Ladung erzeugt ein magnetisches Feld,

reichen da nur bis zu einem gewissen Grad um Dinge zu verstehen.
Denk bitte daran dass das eletrische und das magnetische feld ein Vektor ist.

Ein Elektron erzeugt X also...Überlegungen funktionieren nur wenn du damit rechnest dass die feld komponenten die von einemElektron erzugt werden von einem anderen verstärt ... oder aber neutralisiert werden können...

@abbacbbc
ich muss mich erstmal entschuldigen. Du möchtest mir helfen, aber ich muss dir leider widersprechen was deine Ausführungen angeht. Zunächst wollte ich mit der Bezeichnung "Wechselfeld" nur nochmal den Charakter des elektromagnetischen Feldes unterstreichen, nämlich den ständigen Wechsel zwischen magnetischer und elektrischer Komponente der elektromagnetischen Strahlung. Einen Unterschied zwischen Wechselfeld und elektromagnetischen Feld (bzw. Strahlung) gibt es imho nicht.

Zu deinem Beispiel mit dem Fadenstrahlrohr (vielen Dank für den interessanten Link) möchte ich anmerken, dass ich der Meinung bin, hier wird garantiert ein elektromagnetisches Feld erzeugt! Im großem Maßstab werden genau so Ringbeschleuniger, genauer Synchrotrons, gebaut. Durch das Ablenken der Elektronen in eine Kreisbahn erfahren sie trotz konstant gehaltener Geschwindigkeit eine Beschleunigung und emittieren elektromagnetische Strahlung (Synchrotronstrahlung).

Im Prinzip ist so ein Beschleuniger übrigens der Kern meiner Fragestellung bzw. Meiner Gedanken darüber. Natürlich reden wir in einem Synchrotron von Teilchen, die sich mit annährend Lichtgeschwindigkeit bewegen und in einem Draht reden wir von mm/s, aber ich versuche zu verstehen, ob es prinzipielle Unterschiede gibt bzw. wo diese zu finden sind.

@Tiax
Vielen Dank für deine Ausführungen :) .

Tiax schrieb:Wenn du eine gelandene Kugel an einem Seil im Kreis schwings erzeugst du damit elektromagetische Strahlung

2) Wenn du eine konstanten strom durch einen Kreisförmigen Leiter schickst tust du dass nicht.

Genau da würde mich das "Warum" interessieren, aber wie du in deinem nächsten Kommentar anmerktest, muss ich wohl oder übel genauer in die maxwellschen Gleichungen eintauchen.

Weide schrieb:Genau da würde mich das "Warum" interessieren, aber wie du in deinem nächsten Kommentar anmerktest, muss ich wohl oder übel genauer in die maxwellschen Gleichungen eintauchen.

ich denke worauf er hinauswill ist folgendes:

Schickst du einen Gleichstrom durch einen Leiter, dann baut dieser ein elektromagnetisches Feld auf. Dieses Feld ist dann aber genauso unveränderlich wie der Strom den durchschickst. Und zwar ganz unabhängig von der Form des Leiters.

Wenn du aber Bewegung hinzufügst, sei es in dem du einen Wechselstrom durchleitest oder eine geladene Kugel bewegst oder einen von Gleichstrom durchflossenen Leiter bewegst, ganz egal. Dann wird das elektromagnetische Feld diese Bewegung abbilden. Wenn du also an einem bestimmten Punkt die Feldstärke misst, dann wird diese Schwankungen aufweisen.

Und diese Schwankungen bezeichnet er als elektromagnetische Strahlung. Ich persönlich mag den Begriff nicht, weil Strahlung hierzulande so negativ besetzt ist.

Im Grunde gibt es zwischen beiden Formen des Feldes aber keine Unterschiede. Ein elektromagnetisches Feld ist ein elektromagnetisches Feld, egal ob es statisch ist oder irgendwelche Veränderungen aufweist. Der einzige Unterschied ist: in Technik können wir meist mit statischen Feldern nix anfangen. Wir brauchen immer irgendwie was wechselndes. Deswegen hat sich die von Edison favorisierte Gleichspannung auch nicht durchgesetzt. Kann man nicht transformieren, kann man keine Motoren mit antreiben. Mehr als ne Glühbirne geht damit schon fast nicht.

alhambra schrieb:Und diese Schwankungen bezeichnet er als elektromagnetische Strahlung. Ich persönlich mag den Begriff nicht, weil Strahlung hierzulande so negativ besetzt ist.

Nur bei Uninformierten, die nicht verstehen, dass elektromagnetische Strahlung das Leben auf der Erde ermöglicht und antreibt ... das Licht der Sonne!

Aber das (mangelende Allgemeinbildung) ist ein anderes Thema.

Grüße
Omega Minus

@OmegaMinus weiß ich natürlich. Wenn man aber wieder mal mit Laien spricht dann heist es wieder "was Strahlung, das will ich nicht, das ist gefährlich"

alhambra schrieb:Schickst du einen Gleichstrom durch einen Leiter, dann baut dieser ein elektromagnetisches Feld auf. Dieses Feld ist dann aber genauso unveränderlich wie der Strom den durchschickst. Und zwar ganz unabhängig von der Form des Leiters.

Ich denke, ein unveränderliches elektromagnetisches Feld ist ein Widerspruch in sich (ein ähnliches Beispiel wäre ein ruhendes Photon). Ein elektromagnetisches Feld geht aus einer Veränderung eines statischen elektrischen oder magnetischen Feldes hervor. Es ist geprägt durch eine Frequenz (ungleich null).

Ich glaube aber, meine Frage bereits selbst einigermaßen beantwortet zu haben. Wenn meine These wahr wäre, dass eine Richtungsumlenkung in einem gebogenen Draht ein elektromagnetisches Feld zu Folge hätte, dann müsste ein gebogener Draht auch einen größeren Widerstand aufweisen als ein gerader. Jetzt muss ich nur noch herausfinden warum dies nicht der Fall ist ;)

Weide schrieb:Ich denke, ein unveränderliches elektromagnetisches Feld ist ein Widerspruch in sich (ein ähnliches Beispiel wäre ein ruhendes Photon). Ein elektromagnetisches Feld geht aus einer Veränderung eines statischen elektrischen oder magnetischen Feldes hervor. Es ist geprägt durch eine Frequenz (ungleich null).

Du hast immer noch einen Knoten im Kopf. Du versuchst immer noch zu unterscheiden zwischen

Weide schrieb:elektromagnetisches Feld geht aus einer Veränderung eines statischen elektrischen oder magnetischen Feldes

, aber es gibt dort keinen Unterschied. Jeder Stromfluss erzeugt ein eltrkomagnetisches Feld.

Ob das Feld statisch ist oder nicht hängt ausschliesslich davon ab ob der Stromfluss statisch ist oder nicht. Deswegen ist unveränderliches elektromagnetisches Feld auch kein Oxymoron.

Weide schrieb:Wenn meine These wahr wäre, dass eine Richtungsumlenkung in einem gebogenen Draht ein elektromagnetisches Feld zu Folge hätte, dann müsste ein gebogener Draht auch einen größeren Widerstand aufweisen als ein gerader. Jetzt muss ich nur noch herausfinden warum dies nicht der Fall ist ;)

Ein gerader Draht der von einem konstanten Strom durchflossen wird hat ein konstantes elektromagnetisches Feld. Das umschliesst dann irgendwie zylindrisch den Leiter. Biegst du den Leiter, dann hast du immer noch ein konstantes elektromagnetisches Feld, das dann aber auch irgendwie gebogen ist. Mehr aufregendes passiert da net.

Spannend wird das ganz erst bei veränderlichen Strömen, z.b. bei Wechselstrom. Dann wird das Feld permanent auf und abgebaut. Und das erzeugt dann tatsächlich einen induktiven Widerstand.

alhambra schrieb:Deswegen ist unveränderliches elektromagnetisches Feld auch kein Oxymoron.

Naja,... irgendwie gefällt mir dieser Satz nicht, könnte möglicherweise aber auch nur eine sprachliche Sache sein, jedenfalls:
Ein elektromagnetisches Feld hat in der Maxwellschen Theorie an sich ja sozusagen keine "direkte" Quelle wie ein magnetisches oder elektrisches Feld, man erhält es ja erst, wenn man die Gleichungen (und damit die jeweiligen Felder) koppelt und leitet man das auf diese Weise aus Maxwell her, erhält man mW immer sozusagen ein "schwingendes Feld".
Nun bin ich kein Physiker und möglicherweise sehe ich was unvollständig oder sogar wirklich falsch, in diesem Fall würde ich mich aber über eine mathematische Beschreibung eines "statischen" elektromagnetischen Feldes freuen (dann wüsste man auch exakter, was gemeint ist und könnte, falls es tatsächlich daran läge, sprachliche Missverständnisse ausschliessen)...

@Weide Och nö, zum rumrechenen hab ich gar keine Lust, dazu ist mein Studium schon zu lange her. Aber vielleicht hilft es wenn du dir vorstellst, das du einen Wechselstrom hast der ein wechselndes Feld erzeugt. Und dann drehst du die Frequenz runter bis du dich 0Hz näherst. Warum sollte sich dann irgendwas an den Feldern ändern?

@alhambra
ich danke für deine Geduld :)

Ich glaube die geforderte Rumrechnerei galt eher @simulakron

Ich denke leider nach wie vor, ein statisches elektromagnetisches Feld existiert nicht. Wenn ich ein elektromagnetisches Feld erzeuge und die Frequenz auf null drehe, bleibt je nach Quelle entweder ein elektrostatisches oder ein magnetostatisches Feld, mehr nicht.