Ich habe gelesen, dass sich eine Kraft aufgrund eines elektrischen Felds auf ein Teilchen in einem Referenzrahmen als Kraft aufgrund eines Magnetfelds in einem anderen Referenzrahmen zeigen kann und dass elektrische und magnetische Felder zwei Aspekte desselben zugrunde liegenden elektromagnetischen Felds sind.
Meine Frage ist, was der Mechanismus ist, der erklären kann, wie ein elektrisches Feld in einem anderen Referenzrahmen ein Magnetfeld wird / erzeugt. Gibt es eine solche Erklärung in der Relativitätstheorie? Ich suche keine Mathematik, sondern eine physikalische Erklärung.
Der Wikipedia-Artikel http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_electromagnetism erklärt etwas über den Ursprung magnetischer Kräfte in einem Draht als Folge der Lorentz-Kontraktion und Bewegung von Elektronen im Draht
Die Berechnung der Größe der Kraft, die ein stromdurchflossener Draht auf eine bewegte Ladung ausübt, entspricht der Berechnung des von dem Draht erzeugten Magnetfelds. Betrachten Sie noch einmal die in Zahlen dargestellte Situation. Die letztere Figur, die die Situation im Bezugssystem der Testladung zeigt, ist in der Figur wiedergegeben. Die positiven Ladungen im Draht, jeweils mit der Ladung q, ruhen in diesem Rahmen, während sich die negativen Ladungen, jeweils mit der Ladung −q, mit der Geschwindigkeit v nach links bewegen. Der durchschnittliche Abstand zwischen den negativen Ladungen in diesem Rahmen ist Längenkontrahiert auf: wo ist der Abstand zwischen ihnen im Laborrahmen. Ebenso ist der Abstand zwischen den positiven Ladungen nicht längenkontrahiert: Beide Effekte verleihen dem Draht im Testladungsrahmen eine negative Nettoladung, so dass er eine Anziehungskraft auf die Testladung ausübt.
Dies erklärt jedoch immer noch nicht den Ursprung des Magnetfelds, falls keine positiven Ladungen vorhanden sind.
Es gibt keinen Mechanismus. Sie versuchen, einen Mechanismus zu finden, wie zwei abstrakte Objekte Identitäten austauschen können. Jeder Mechanismus, der Abstraktionen beinhaltet, muss aus Abstraktionen bestehen. Die einzige Möglichkeit, es zu erklären, ist die Mathematik.
Ich denke, dass die am wenigsten abstrakte Art, es zu erklären, darin besteht, zwei stationäre Ladungen zu betrachten. Sie ziehen sich über die Coulomb- (elektrostatische) Kraft an. Laufen Sie nun senkrecht zu der Linie, die ihre Mitten verbindet. Jede Ladung erzeugt bei ihrer Bewegung ein Magnetfeld (bewegte Ladung kann in bestimmten Fällen als Strom angesehen werden). Das Magnetfeld wirkt auf die andere Ladung und erzeugt eine Kraft. Inzwischen hat die elektrische Kraft abgenommen (nicht mehr elektrostatisch). Die Nettokraft ist die gleiche, aber ein Teil davon wird magnetisch verursacht.
Eine andere Sichtweise besteht darin, sich daran zu erinnern, dass EM-Felder durch EM-Strahlung aufgebaut werden. Eine EM-Welle trägt oszillierende EM-Felder mit sich; siehe Bilder hier . Eine Punktladung strahlt EM-Wellen in alle Richtungen ab. Das oszillierende E-Feld einer dieser Wellen interferiert konstruktiv mit dem E-Feld einer nahegelegenen Welle und erzeugt ein nahezu nicht oszillierendes Feld, das mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt (kommt von der Tatsache, dass die Intensität einer Punktquelle ), was uns das Coulombsche Gesetz gibt. Die oszillierenden Magnetfelder interferieren destruktiv, sodass wir kein Netto-Magnetfeld erhalten.
Wenn Sie jetzt beginnen, sich in Bezug auf die Ladung zu bewegen, wird es interessant. Der relativistische Dopplereffekt wirkt auf die EM-Wellen und verändert sie (da die Lichtgeschwindigkeit in allen Frames gleich ist, können wir keine relativen Geschwindigkeiten darauf anwenden). Die Interferenzen werden nicht ganz gleich funktionieren, und wir werden ein bisschen ein magnetisches Feld und hauptsächlich ein elektrisches Feld bekommen. Bewegen Sie sich schneller, und die Magnetfeldstärke nimmt zu, E nimmt ab. Beschleunigen Sie, und Sie erhalten komplizierte Sachen. Beachten Sie, dass elektromagnetische Wellen tatsächlich nur von einer beschleunigten Ladung abgestrahlt werden. Eine sitzende Ladung sendet keine elektromagnetischen Wellen aus. Die von einer beschleunigten Ladung emittierten Wellen erzeugen eine Änderung in den Feldern. Der einfachste Weg, dies zu visualisieren, besteht darin, anzunehmen, dass die EM-Wellen in allen Fällen ausgestrahlt werden.
Ich denke, das erklärt es ohne zu viele Abstraktionen.
Die einfachste Erklärung, die ich kenne, erfordert nur eine Testladung und zwei Referenzrahmen mit einer relativen Geschwindigkeit zwischen ihnen.
Frame 1: Die Ladung ruht. Es ist die Quelle eines (rein) elektrischen Feldes.
Bild 2: Die Ladung bewegt sich. Es ist ein Strom und die Quelle eines Magnetfelds.
Grundsätzlich sind sie beide die Wechselwirkung zwischen Ladungen. Magnetfelder sind das Ergebnis bewegter Ladungen. Wenn sich Ladungen bewegen, verlangsamt sich ihre Zeit (Relativität), daher wird die Wirkung (Feld) der Ladung geschwächt. Z.B. Elektronen bewegen sich in einem Draht relativ zu einem stationären Proton, das Feld des Elektrons wird gegenüber dem Proton geschwächt, daher wird der Draht gegenüber dem Proton positiv sein. Daher tritt eine Abstoßungskraft auf.
Schauen Sie sich diesen Link an - er wird wahrscheinlich besser sein als jede unserer Erklärungen.
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