Kann ein beweglicher, stromdurchflossener Draht ein elektrisches Feld erzeugen?

Wie wir wissen, kann ein stromdurchflossener Draht ein Magnetfeld erzeugen, das senkrecht zur Stromrichtung steht (aus der Relativitätstheorie können wir verstehen, warum Magnetfelder erzeugt werden) und die Nettoladung des Drahts ist Null. Es wird also kein elektrisches Feld erzeugt.

Wenn sich der Draht bewegt, bewegt sich das Magnetfeld? Ich habe gelernt, dass ein sich bewegendes Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugen kann. Wo vermisse ich das Konzept eindeutig?

Eigentlich ist es gerade aus der Relativitätstheorie, dass ein elektrisches Feld von einem ansonsten stationären Neutralleiter erzeugt wird. Das Magnetfeld ist, wie sich das elektrostatische Feld verhält, wenn die Ladungen in Bewegung sind. Wenn sie still sind (relativ zu einer "beobachtenden Ladung"), erzeugen sie keine elektrische Ladung (relativ zu dieser bestimmten "beobachtenden Ladung" in Frage), aber wenn sie sich zu bewegen beginnen, zieht sich der Raum aus der Perspektive der beobachtenden Ladung und jetzt des Drahtes zusammen aufgrund eines wahrgenommenen Ladungsüberschusses im Draht aufgrund einer wahrgenommenen Erhöhung der Ladungsdichte im Draht nicht mehr neutral ist.
Nahezu jeder echte stromdurchflossene Draht erzeugt aufgrund der auf seiner Oberfläche induzierten elektrischen Ladung ein elektrisches Feld in seiner Umgebung. Es muss sich überhaupt nicht bewegen. Ich verstehe, dass Sie auf relativistische Effekte abzielen, dies beantwortet jedoch Ihre Titelfrage.
Wenn es zwischen dem Draht und dem geladenen Teilchen (parallel zum Draht) eine Relativgeschwindigkeit gibt, spürt das geladene Teilchen die magnetische Kraft. Wenn die Relativgeschwindigkeit Null ist, wird das Teilchen keine Kraft spüren. Habe ich recht? @Andrew
Ich bin Gymnasiast. Entschuldigung für meine dürftige Frage. In dieser Formel ist F=qvB, hier ist v die Geschwindigkeit in Bezug auf was?

Antworten (2)

die Nettoladung des Drahtes ist Null. Es wird also kein elektrisches Feld erzeugt.

Die Ladung des Drahtes von Null bedeutet, dass kein elektrostatisches E-Feld vorhanden ist. Es gibt jedoch andere Möglichkeiten, E-Felder zu erzeugen. Das Faradaysche Gesetz sagt

∇ × E = − ∂ ∂ T B
Das bedeutet, dass Sie auch ein zirkulierendes E-Feld erhalten können, indem Sie ein B-Feld haben, das sich mit der Zeit ändert.

In Ihrem Fall ändert sich das B-Feld mit der Zeit, da sich der Draht bewegt, was zu einem E-Feld führt.

Um das Konzept weiter zu untersuchen, beachten Sie, dass die Gesamtladungsdichte des Drahtes tatsächlich etwas ist, das von Ihrem Bezugsrahmen abhängt.

Um dies zu sehen, stellen Sie sich vor, Sie befinden sich auf einem Raumschiff neben einem unendlich langen, neutral geladenen, aber stromführenden Kabel. Wenn Sie näher an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, „holen“ Sie die Elektronen ein, die sich im Draht bewegen – aber umgekehrt bewegen sich die „stationären“ positiven Ionen, an denen sie lose befestigt sind, jetzt rückwärts.

Da sie sich relativ zu Ihnen bewegen, erfahren sie jetzt eine Längenkontraktion; Währenddessen breiten sich die Elektronen, die sich bereits bewegten und daher relativ zu Ihrem ursprünglichen Trägheitssystem bereits zusammengezogen waren, wieder aus, während Sie aufholen. Die relativen Ladungsdichten ändern sich also selbst, wenn Sie sich bewegen - was bedeutet, dass der Draht eine Ladung aufzunehmen scheint!

Und natürlich spielt es keine Rolle, ob Sie sich relativ zum Draht bewegen oder ob er sich relativ zu Ihnen bewegt - also sehen Sie sofort, ja, ein sich bewegender neutral geladener Draht sollte im Allgemeinen ein elektrisches Feld erzeugen.

(Dies ist etwas anders als der Effekt des Ampere-Gesetzes von Dale, obwohl es sich als dasselbe Gesetz herausstellt, wenn Sie sich in den vollständigen Raumzeit-Formalismus bewegen.)

Kann ich daraus auch erklären, warum die Magnetkraft senkrecht zur Bewegung steht?
Die Driftgeschwindigkeit ist sehr, sehr klein als die Lichtgeschwindigkeit. Wenn ich näher an die Lichtgeschwindigkeit beschleunige, sollte ich nicht sehen, dass sich die Elektronen auch rückwärts bewegen?
Ja, aber ein ganzes Coulomb ist riesig, also können Sie, obwohl der Effekt winzig ist, immer noch respektable Feldstärken herausholen. (Wenn Sie mehr damit herumspielen möchten, schlage ich vor, Vier-Vektoren nachzuschlagen, insbesondere die Tatsache, dass Sie Vektoren mit skalaren Potentialen mit dem Vier-Potenzial abwägen können: en.wikipedia.org/wiki/Four-vector#Electromagnetism )
Unabhängig davon, wie schnell Sie fahren, wird es einen Unterschied in den relativen Geschwindigkeiten des Volumens und der Elektronen geben, und es gibt nur eine solche Relativgeschwindigkeit, die dazu führt, dass sich die Ladungsdichten "aufheben".
Kann ein beweglicher, stromdurchflossener Draht ein elektrisches Feld erzeugen?
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