09.11.2024, 03:18 AM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 09.11.2024, 03:42 AM von Gucki.)
Wenn der Strom in zwei Leitern entgegengesetzt verläuft, dann stoßen sich die Leiter ab. Es ist in doppelter Hinsicht spannend, was "mathepunk" dazu sagt:
1. Er berechnet also eine abstoßende Coulomb-Kraft....hmmmmm
2. Und er berechnet, dass die Kraft zwischen zwei Drähten proportional v² ist.
Dich bewegt der 1. Punkt.
Und mich bewegt der 2. Punkt. Warum sehen wir keine "v"-Abhängigkeit?
Zitat:Lieber Alex K.,
Herzlichen Dank für Ihre nette Rückmeldung. Ich hatte eigentlich ursprünglich ein 5-Minuten-Video geplant. Am Schluss wurde es dann mehr als doppelt so lang. Meine Videos sind eher anspruchsvoll und, ehrlich gesagt, nicht super professionell. Wenn ich ein Video mit mehr als 5min Zeitdauer mache, so wird es kaum angeklickt, was wenig Spass macht. Ursprünglich wollte ich es für beliebige Geschwindigkeiten, resp. Stromstärken in beide Richtungen machen, musste dann jedoch einsehen, dass dies viel zu lang und anspruchsvoll würde. Ich habe es dann vereinfacht auf eine Geschwindigkeit in dieselbe Richtung. Wenn die Geschwindigkeit gleich bleibt, aber in Gegenrichtung, so lässt sich dies jedoch relativ leicht „verallgemeinern“.
Dazu stellen Sie sich bitte folgendes vor:
Wir haben wieder das „Drahtmodell“ unten und oben, dargestellt durch je zwei Ladungsketten – Minusladungen für Leitungselektronen und ebenso viele gleich grosse Plusladungen für Atomrümpfe. Wir betrachten die Kraftwirkung auf die Ladungsketten im oberen Draht. Die Gesamtkraft auf beide Ladungsketten (plus und minus) entspricht der Kraft auf diesen (oberen) Draht. Ist eine der Ladungsketten im unteren Draht in Bezug zu einer oberen Ladungskette in Bewegung, so erscheint sie der oberen Ladungskette verkürzt und der untere Draht erscheint ihr (der oberen Ladungskette) als geladen. Eine Ladungskette unten, welche sich relativ zu einer oberen Ladungskette bewegt, übt auf letztere eine Kraft aus, die im Betrag um kv^2 grösser ist als wenn sie in Ruhe wäre. Dass diese „zusätzliche“ elektrostatische Kraft proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist, wird im Video gezeigt. Wir bezeichnen hier eine „zusätzliche“, d.h. die durch Bewegung erzeugte Kraft mit +kv^2 wenn sie anziehend ist und als -kv^2, wenn sie abstossend ist. Am besten zeichnen Sie nun das „Drahtmodell“, um die nachfolgenden Überlegungen nachzuvollziehen. Zuerst betrachten wir parallele, d.h. gleich gerichtete Ströme. Wir betrachten wie gesagt die „Zusatzkräfte“ auf den oberen Draht.
1. +oben/+unten: Relativgeschw. = 0. Somit Zusatzkraft = 0 (keine)
2. +oben/–unten: Relativgeschw. = v. Somit Zusatzkraft = +kv^2 (anziehend)
3. –oben/+unten: Relativgeschw. = v. Somit Zusatzkraft = +kv^2 (anziehend)
4. –oben/–unten: Relativgeschw. = 0. Somit Zusatzkraft = 0 (keine)
Die resultierende Kraft auf den Draht ist dann +2kv^2, also anziehend. (Hier gibt es ausschliesslich anziehende Zusatzkräfte) Die ruhende positive Ladungskette im oberen Draht wird also durch die bewegte negative Ladungskette im unteren Draht zusätzlich angezogen und die bewegte negative Ladungskette im oberen –Draht wird durch die ruhende positive Ladungskette im unteren Draht zusätzlich angezogen. Im Video wird dies einfach so berücksichtig, dass gesagt wird, dass auf die positiven und negativen Ladungen eine gleiche zusätzliche anziehende Kraft wirkt. An dieser Stelle wird im Video eine 2 im Nenner der Formel für die elektrische Feldstärke im „Zylinderfeld“ gekürzt. Das ist dort eigentlich nicht besonders gut erklärt. Daher womöglich ihre Frage.
Übrigens bin ich eigentlich schon im Video davon ausgegangen, dass das erste Einsteinsche Postulat, wonach es kein bevorzugtes Bezugssystem gibt, bekannt sei.
Nun gehen wir über zu „antiparallelen“ Strömen, d.h. Strömen in Gegenrichtung. Dort gilt
1. +oben/+unten: Relativgeschw. = 0. Somit Zusatzkraft = 0 (keine)
2. +oben/–unten: Relativgeschw. = v. Somit Zusatzkraft = +kv^2 (anziehend)
3. –oben/+unten: Relativgeschw. = v. Somit Zusatzkraft = +kv^2 (anziehend)
4. –oben/–unten: Relativgeschw. = 0. Somit Zusatzkraft = -k(2v)^2 = -4kv^2 (abstossend)
Am Schluss gibt das dann eine resultierende Kraft auf den Draht von -2kv^2. Es ergibt sich somit eine Kraft, die im Betrag gleich ist wie vorher, aber diesmal ist sie abstossend. Wenn ihnen das immer noch nicht genügt, geht dies wohl über den Rahmen eines Videos hinaus. Ich würde dann nach einem entsprechenden Lehrtext suchen, z.B.
http://physik.uni-graz.at/~uxh/diploma/kaufmann11.pdf
Übrigens lässt sich die Lorentzkraft anstatt mit Längenkontraktion auch mit Zeitdilatation erklären. Dazu muss man jedoch das Teilchen-Austauschmodell für Kräfte kennen. Das ist diese Geschichte mit Photonen, Gluonen, Gravitonen, Z- und Higgs-Boson. Darum gefällt mir die Methode mit der Längenkontraktion besser.
1. Er berechnet also eine abstoßende Coulomb-Kraft....hmmmmm
2. Und er berechnet, dass die Kraft zwischen zwei Drähten proportional v² ist.
Dich bewegt der 1. Punkt.
Und mich bewegt der 2. Punkt. Warum sehen wir keine "v"-Abhängigkeit?