Warum funktioniert die Rechte-Hand-Regel zur Bestimmung der Richtung des Magnetfelds um einen geraden, stromführenden Draht?

Es ist eine willkürliche Wahl, weil die Richtung von$\vec B$ist nicht wirklich beobachtbar.

Wann immer Sie Observablen im Elektromagnetismus berechnen – zum Beispiel, ob zwei parallele Ströme angezogen oder abgestoßen werden oder ob zwei schräge Ströme ein ausrichtendes Drehmoment oder ein entgegengerichtetes Drehmoment erfahren – finden Sie sich immer wieder, dass Sie die Rechte-Hand-Regel an anwenden gerade oft. Zum Beispiel verwenden Sie die Rechte-Hand-Regel, um die Richtung von zu finden$\vec B$, dann verwenden Sie die Rechte-Hand-Regel erneut , um die Richtung von zu finden$\vec v \times \vec B$. Wenn Sie Ihre linke Hand unter allen Umständen konsequent benutzen würden , würden Sie mit anderen Leuten über die Richtung von nicht einverstanden sein$\vec B$, aber Sie würden alle dieselbe Dynamik vorhersagen.

Diese Eigenschaft des Elektromagnetismus, bei der es keine Rolle spielt, ob Sie mit der rechten oder linken Hand die Richtung eines Vektorprodukts berechnen, wird als "Erhaltung der Parität " bezeichnet. Während sich der Elektromagnetismus unter einer Paritätstransformation (die Ihre rechte Hand in eine linke Hand verwandelt) nicht ändert, ist das keine allgemein wahre Aussage über die Welt: In der schwachen nuklearen Wechselwirkung gibt es je nach unterschiedliche Regeln für die Wechselwirkung von Teilchen mit Spin ob ihre Drehachse parallel zu ihrem Impuls ist (dh "Nordpol vorwärts") oder antiparallel ("Südpol vorwärts").

Es funktioniert, weil wir dieselbe Rechte-Hand-Regel verwenden, um die Kraft zu bestimmen, die das Magnetfeld auf einen Strom ausübt. Ja, die Regel für die rechte Hand ist willkürlich - eine Regel für die linke Hand hätte genauso gut funktioniert, außer vielleicht die Mehrheit der Schüler zu zwingen, eine Hand zu verwenden, mit der sie weniger geschickt sind, um während der Prüfungen Handtänze zu machen. Und es ist immer so, dass solche Rechts-Links-Regeln paarweise auftreten, die das beobachtbare Ergebnis nicht willkürlich machen.

Ich würde versuchen, das, was ich gerade sage, näher auszuführen, so habe ich es verstanden.

Werfen Sie zunächst einen Blick auf Vektorkreuzprodukte, wenn Sie sich nicht sicher sind, was in der Biot-Savart-Regel und verwandten Dingen vor sich geht. Dann wird Ihnen wieder die Rechte-Hand-Regel präsentiert. Wenn ich Regel für die rechte Hand sage, spreche ich NICHT von der Regel für den rechten Griff (die identisch ist mit dem, worauf dieser Inhalt näher eingeht), sondern von der Regel, in der es um drei senkrechte Vektoren geht. Jetzt, warum? Warum funktioniert die Rechte-Hand-Regel? Lassen Sie mich Ihnen sagen, es tut dies nur im Bereich/Paradigma der Physik, auf das wir uns alle geeinigt haben. Es ist eine reine Definition. Es gibt KEINE tatsächliche Richtung des senkrechten Vektors, der durch das Vektorkreuzprodukt erhalten wird, es ist eine willkürliche Wahl, aber wir Menschen haben definiert, dass es zufällig in eine bestimmte Richtung geht. Aber in Wirklichkeit gibt es für diesen erhaltenen Vektor keine wirkliche Richtung (z. B. in die Ebene hinein oder aus ihr heraus). Wir verwenden die Rechte-Hand-Regel, die mit allen Ableitungen und Ergebnissen übereinstimmen wird, die von denen erhalten wurden, die vorher kamen. Genau diese Ableitungen und Ergebnisse gründen auch auf diesen Regeln.

Wenn das immer noch absurd erscheint, denken Sie an die Richtung des Magnetfelds. Hast du jemals einen gesehen? Haben Sie schon einmal einen gesehen? Sie haben es vielleicht miterlebt, aber wenn Sie sagen, dass Sie dieses Magnetfeld fühlen, ist es tatsächlich eine magnetische Kraft, die Sie fühlen. Werden Sie in der Lage sein, ein Magnetfeld allein ohne eine magnetische Kraft zu beobachten? NEIN! Aber wir behandeln das Magnetfeld als Vektor, um unser Verständnis zu erleichtern. Magnetfeld ist etwas, das magnetische Kraft entstehen lässt. Ohne magnetische Kraft hat das Magnetfeld keine Bedeutung. Es ist rein virtuell, was wir verwendet haben, um alles besser zu beschreiben.