Warum ziehen stromführende Drähte keine stationäre Ladung an, die in einiger Entfernung platziert wird?

Ich habe gelernt, dass sich bewegende Ladungen Magnetfelder erzeugen, die wiederum andere sich bewegende Ladungen beeinflussen. Nachdem ich Erklärungen gesehen habe, die auf die spezielle Relativitätstheorie hindeuten, bin ich etwas verwirrt. Können ALLE Magnetfelder als eine Art elektrisches Feld aus einem bestimmten Bezugssystem betrachtet werden?

Und wenn es eine Relativbewegung zwischen den Elektronen des Drahtes und der ruhenden Ladung (vom Laborrahmen) gibt, wird es dann keine magnetische Kraft vom Referenzrahmen des Elektrons erfahren? Ich bin mir nicht sicher, ob dies tatsächlich der Fall ist. Selbst wenn die stationäre Ladung vom Draht angezogen wird, kann sie aufgrund der Längenkontraktion als elektrostatische Kraft des Laborrahmens und als magnetische Kraft der Elektronen POI betrachtet werden ?

Mir ist nicht einmal ganz klar, wie ich die Mehrdeutigkeit, die ich in meinem Kopf habe, ausdrücken soll. Ausführliche Antworten werden sehr geschätzt :)

Antworten (3)

Können ALLE Magnetfelder als eine Art elektrisches Feld aus einem bestimmten Bezugsrahmen betrachtet werden?

Nein. Die Relativitätstheorie sagt uns wirklich, dass elektrische und magnetische Felder gleichberechtigt sind. In einigen Situationen können Sie einen Rahmen finden, in dem nur ein elektrisches Feld vorhanden ist. In anderen finden Sie einen Rahmen, in dem nur ein Magnetfeld vorhanden ist. Aber meistens kann man beides nicht.

Und wenn es eine Relativbewegung zwischen den Elektronen des Drahtes und der ruhenden Ladung (vom Laborrahmen) gibt, wird es dann keine magnetische Kraft vom Referenzrahmen des Elektrons erfahren? Ich bin mir nicht sicher, ob dies tatsächlich der Fall ist. Selbst wenn die stationäre Ladung vom Draht angezogen wird, kann sie aufgrund der Längenkontraktion als elektrostatische Kraft des Laborrahmens und als magnetische Kraft der Elektronen POI betrachtet werden?

Ich bin mir nicht sicher, ob das Sie verwirrt, aber erinnern Sie sich an einige grundlegende Beispiele in der Relativitätstheorie. Nehmen wir zum Beispiel an, dass in Ihrem Bild ein Raumschiff an Ihnen vorbeifährt. In Ihrem Rahmen kann dies sehr schnell passieren, da das Raumschiff in der Länge zusammengezogen ist. Im Rahmen des Raumschiffs passiert es Ihrer Meinung nach sehr schnell, weil Ihre Zeit erweitert ist. Also, was ist wirklich los? Ist es wirklich Zeitdilatation oder ist es wirklich Längenkontraktion? Der Punkt ist natürlich, dass die beiden Rahmen gleichberechtigt sind. Die Zeitdilatation in einem Frame kann äquivalent als Längenkontraktion in einem anderen beschrieben werden, und keines von beiden ist von Natur aus korrekter.

In ähnlicher Weise könnte in einigen Situationen das, was als eine magnetische Kraft aufgrund einer Bewegung in einem Magnetfeld in einem Rahmen beschrieben werden kann, als eine elektrische Kraft aufgrund eines elektrischen Felds in einem anderen Rahmen beschrieben werden. In jedem einzelnen Frame funktioniert absolut alles wie gewohnt: Die Maxwell-Gleichungen sind wahr, der Lorentz-Kraft-Ausdruck gilt und so weiter. So erfährt beispielsweise eine Ladung in einem Rahmen, in dem sie stillsteht, keine magnetische Kraft, selbst wenn sie dies in einem anderen Rahmen tun würde, in dem sie sich bewegt. Die Beschreibung dessen, was vor sich geht, ändert sich zwischen verschiedenen Frames, aber keiner der Frames ist "korrekter".

Zu sagen, dass magnetische Kräfte "immer wirklich nur wegen elektrischer Kräfte aufgrund eines Ladungsungleichgewichts aufgrund einer Längenkontraktion in einem anderen Rahmen sind", macht keinen Sinn. Es funktioniert im Allgemeinen nicht und es ist so, als würde man sagen: "Zeitdilatation existiert nicht wirklich , nur Längenkontraktion". Es ist eigentlich das genaue Gegenteil des Geistes der Relativität.

Meine Verwirrung entstand dadurch, dass ich elektrische Effekte als "fundamentaler" als magnetische Effekte betrachtete, weil sie für mich irgendwie intuitiver sind (weil ich an elektrische Effekte denke, die aus der Existenz von Monopolen und der von ihnen kommenden Ladung stammen, also "fundamentaler") und daher die Frage, zu versuchen, magnetische Effekte als von einem "fundamentaleren" Effekt stammend zu validieren, der von einem anderen POI aus gesehen wird. Korrigieren Sie mich also, wenn ich falsch liege, in Wirklichkeit existieren beide und wir verwenden die Relativitätstheorie als Mittel zur Interpretation desselben beobachteten Effekts?
@HarishRaju In der Relativitätstheorie ist keines grundlegender als das andere. Tatsächlich können Sie die Ableitung rückwärts ausführen: Sie können mit magnetischen Kräften beginnen, die im Wesentlichen von Strömen nach dem Biot-Savart-Gesetz stammen, und beweisen, dass die Relativitätstheorie bedeutet, dass ein Magnetfeld in einem anderen Rahmen so seltsam, seltsam werden kann, exotisches Ding, das elektrisches Feld genannt wird. In diesem Bild wäre das Magnetfeld also "fundamentaler". Aber was dies wirklich sagt, ist, dass beide gleichermaßen grundlegend sind.
@HarishRaju Ich würde nicht sagen, dass beide "existieren", denn das ist eine philosophische Frage. Ich meine, "existiert" das Loch in einem Donut? „Existieren“ Emotionen? „Existiert“ die Gesellschaft? Was wir mit Sicherheit wissen, ist, dass, wenn Sie beschreiben möchten, welche elektromagnetischen Felder in der Relativitätstheorie sind, die beste Beschreibung (um Berechnungen durchzuführen und ihre Ergebnisse intuitiv zu verstehen) darin besteht, sie so gleich wie möglich zu behandeln.

Vergiss die spezielle Relativitätstheorie.

Im Laborrahmen ist der Draht ladungsneutral, hat also kein elektrisches Feld.

Im Laborrahmen gibt es jedoch eine Strömung. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld.

Das bedeutet, dass am Ort Ihrer Testladung ein Magnetfeld vorhanden ist. Sie geben jedoch eine stationäre Testladung vor. Denken Sie daran, dass die magnetische Lorentzkraft auf eine Ladung proportional zur Geschwindigkeit ist. Obwohl an Ihrer Testladung ein Magnetfeld anliegt, spürt sie keine Kraft.

Das heißt, eine Ladung wird NICHT von einem stromführenden Draht angezogen oder abgestoßen.

bearbeiten:

Lassen Sie uns nun den Referenzrahmen in einen Rahmen ändern, der sich parallel zum stromführenden Draht bewegt (Rahmen kann sich mit oder gegen die Mehrheitsladungsträger bewegen). Angenommen, der Strom wird durch positive Ladungen erzeugt, die sich darin bewegen + z Richtung innerhalb eines Gitters negativer Ladungen. Qualitativ gesprochen werden ein paar Effekte eintreten.

(1) Im neuen Bezugssystem erfahren die positiven und negativen Ladungen im Draht einen gewissen Betrag der Längenkontraktion. Die Längenkontraktion unterscheidet sich zwischen den beiden Ladungstypen, da die Ladungen + und - eine relative Geschwindigkeit haben. Diese unterschiedliche Längenkontraktion führt zu einem resultierenden Unterschied in der Ladungsdichte für + und - Ladungen. Dieser Unterschied in der Ladungsdichte bedeutet, dass der Draht in diesem sich bewegenden Referenzrahmen eine lokale Nettoladung zu haben scheint. Ich glaube, diese Nettoladung kann entweder positiv oder negativ sein, je nachdem, in welche Richtung wir verstärkt haben, was dazu führt, dass E-Feldlinien zum Draht oder von ihm weg zeigen. Dieses E-Feld übt eine Kraft auf die Testladung aus.

(2) In den meisten verstärkten Rahmen wird immer noch ein Nettostrom durch den Draht fließen. Dieser Strom erzeugt am Ort der Prüfladung ein Magnetfeld. In diesem bewegten Koordinatensystem hat die Testladung nun jedoch eine Geschwindigkeit. Die Testladung bewegt sich nun mit einiger Geschwindigkeit durch das Magnetfeld. Wenn Sie die Rechte-Hand-Regel ausarbeiten, werden Sie sehen, dass die Lorentz-Kraft auf diese Testladung entweder zum Draht hin oder von ihm weg wirkt.

Meine Behauptung ist, dass sich die elektrische Kraft aus den längenkontrahierten Ladungsdichten und die magnetische Kraft genau aufheben, sodass keine Kraft zum Draht hin oder von ihm weg wirkt, egal wie schnell Sie entlang der Stromführungsrichtung verstärken. Ich beweise es hier nicht, aber jemand mit mehr Zeit könnte die ganze Mathematik, Boosts, negativen Vorzeichen usw. sorgfältiger durchgehen und das erwartete Ergebnis finden.

Aber lassen Sie uns versuchen, den Rahmen zu ändern. Angenommen, Elektronen bewegen sich um v 1 Geschwindigkeit in nördlicher Richtung im Laborrahmen. Und Sie bewegen sich in südlicher Richtung bei v 1 / 2 Geschwindigkeit. Die stationäre Testladung ist also in Bewegung, auch die Elektronen im Draht bewegen sich mit 3 v 1 / 2 Geschwindigkeit. Es sollte jetzt eine Truppe angreifen. (Ich denke auch, dass Längenkontraktion nicht funktioniert 🙌)
@PredakingAskboss Warum funktioniert die Längenkontraktion nicht? Ja, aufgrund der Lorentzkraft wirkt keine magnetische Kraft auf die Ladung. Da aber die Ladungsdichten für positive und negative Ladungen im Draht unterschiedlich sind (aufgrund der unterschiedlichen Längenkontraktion aufgrund ihrer unterschiedlichen Geschwindigkeiten), wirkt auch eine elektrische Kraft auf die Testfläche, die die magnetische Kraft aufhebt.
@PredakingAskboss 1: Die Relativitätstheorie besagt, dass sich geladene bewegliche Stäbe zusammenziehen und sich dies auf die Kraft zwischen den Stäben auswirkt. 2: Die Relativitätstheorie besagt, dass sich geladene bewegliche Punktpartikel bewegen und dass sich dies auf die Kraft zwischen diesen Partikeln auswirkt.
Können wir uns darüber unterhalten?
Lassen Sie uns tatsächlich Berechnungen anstellen, um zu prüfen, ob es funktionieren kann.

Lassen Sie mich einen Extremfall betrachten: Zieht ein stromdurchflossener Draht eine entfernt platzierte stationäre Ladung an, wenn der Strom im Draht Null ist? In diesem Fall gibt es keine Bewegung, die Relativitätstheorie ist irrelevant, was passiert also?

Das elektrische Feld der stationären Ladung polarisiert die Ladungen im Draht, sodass es so aussieht, als würde die stationäre Ladung vom Draht angezogen.

Warum ziehen stromführende Drähte keine stationäre Ladung an, die in einiger Entfernung platziert wird?
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