Physik - Induktion bei Magnetfeldänderung

asotbb

Hi!
Ich schreib bald Physik und habe eine Kleinigkeit noch nicht so ganz verstanden:
Wieso fließen denn bei einer Magnetfeldänderung ( B'(t) != 0) Elektronen, also wieso wird da eine Spannung induziert?
Gut man kann natürlich sagen, der magnetische Fluss ändert sich, also die von Magnetfeldlinien durchsetzte Fläche, aber mit der Lorentzkraft kann man das ja schlicht nicht erklären, oder? Eigentlich dürfte da doch gar keine Spannung induziert werden, das ist doch so, wie wenn eine Leiterschleife vollständig durchsetzt ist( also jetzt bei B-Feld const) und mit v bewegt wird, da wird ja auch keine Spannung induziert(gut, da ändert sich auch der magnetische Fluss nicht). Wieso wird also bei der B-Feldänderung eine Spannung induziert? Und welche Kraft, wenn es nicht die Lorentzkraft ist, setzt die Elektronen in Bewegung?

Schonmal Danke im Voraus!!!

mfg
blut-lecker

otze

es ist die Lorentzkraft.
du kannst es dir so vorstellen:

du hast einen leiter und eine Magnetische Spule.

wenn die Spule von Strom durchflossen wird, kannst du im leiter Strom erzeugen, indem du ihn durch das magnetfeld bewegst. Klar, das passiert aufgrund der Lorentzkraft.
Dasselbe passiert auch, wenn du den Magneten bewegst, denn es kommt nur auf die Relative Bewegung an: wenn du eines der Objekte bewegst, und die situation aus dem Blickwinkel des Leiters betrachtest, dann sieht es immer so aus, als Ob der Magnet näher käme, unabhängig davon, welches Objekt sich nun wirklich bewegt.

Und genau das gleiche gilt, wenn du das Magnetfeld änderst. denn am Ende ist es genau das gleiche, ob du das Magnetfeld bewegst, oder ob du es einfach verstärkst/schwächst. Das Ergebnis ist dasselbe.

//edit so, komplett umgeschrieben, vorher wars Müll

asotbb

Hi!
Hmm. Angenommen die Leiterschleife! ist komplett im Magnetfeld und geht durch die Bewegung nicht aus dem Magnetfeld, dann wird keine Spannung induziert! Weil die Spannungen an den Enden der Leiterschleife entgegengesetzt gerichtet sind, sich also mehr oder weniger aufheben. Aber ist die Leiterschleife voll im Magnetfeld, und man ändert dann die Magnetfeldliniendichte, dann wird eine Spannung induziert, aber eigentlich geht das nicht, aber praktisch doch, und das war meine Frage, wieso das hier so ist.
Deine Antwort zwar schlüssig, beantwortet aber irgendwie meine Frage nicht Wahrscheinlich habe ich mich undeutlich ausgedrückt, denn es geht um eine Leiterschleife im Magnetfeld und nicht um einen Leiter im Magnetfeld

mfg
blut-lecker

otze

Am Ende hab ich dir auf deine Startfrage geantwortet ;). Ich dachte eigentlich eher, du hast die Leiterschleife als Beispiel genannt, aber nun gut.

Ich hab das Experiment nicht mehr genau im Kopf, aber soweit ich mich recht entsinne, ist das Magnetfeld während der Änderung nicht mehr Homogen, und dann wird natürlich ein Strom erzeugt.

Vielleicht kann dazu noch jemand anders was sagen

Daniel E.

Richtig, Bewegungsinduktion und Ruheinduktion sind prinzipiell zwei verschiedene physikalische Effekte, die sich nur (mehr oder weniger) zufällig beide durch die gleichen Gleichungen (U=dPhi/dt) beschreiben lassen, aber nicht beide durch die Lorentzkraft erklären lassen.

Das Maxwellsche Induktionsgesetz sagt: rot E + dB/dt = 0. Warum? Das weiß ich auch nicht. Ist eben ein Naturgesetz.

Winn

Daniel E. schrieb:

Das Maxwellsche Induktionsgesetz sagt: rot E + dB/dt = 0. Warum? Das weiß ich auch nicht. Ist eben ein Naturgesetz.

Die Antwort laesst sich in dem Thread "Magnetfelder::Geschwindigkeit von Elektronen im Kern" finden. In der Kurzfassung, bewegte Elektronen erzeugen ein Magnetfeld "und" eine elektrisches Feld, waehrend oertliche feste Elektronen ein rein elektrischen Feld bewirken. Aus diesem Grund laesst sich herleiten, dass es keine magnetischen Monopole existieren koennen und (!) eine "bewegte" Leiterschleife eine sehr grosse Ansammlung von bewegten Ladungen ist, deren nun erzeugtes magnetisches Feld das anliegende Feld kompensieren moechte, Kraeftegleichgewicht... bei einer offenen Leiterschleife wuerde in dem Fall eine Spannung am offenen Stueck entstehen, waehrend bei einem geschlossenen Stueck ein Strom fliessen wuerde.

Daniel E.

Aber ein induziertes E-Feld existiert auch dann, wenn gar keine Elektronen oder Leiterschleifen da sind, also kann jede Erklärung, die das benutzt, nicht vollständig sein.

Daniel E. schrieb:

Aber ein induziertes E-Feld existiert auch dann, wenn gar keine Elektronen oder Leiterschleifen da sind, also kann jede Erklärung, die das benutzt, nicht vollständig sein.

Ich verstehe Deinen Einwand nicht - ohne Elektronen kein induzierter Strom, ohne Elektronen kann keine Potentialdifferenz in Form einer induzierten Spannung auftreten. Oder anders formuliert, jedes elektrische Feld hat als Quelle (Ursache) eine oder mehrere Ladung(en), ganz nach Maxwell div D = q' (D=Elektrische Flussdichte, q'=elektrische Ladungsträgerdichte).

asotbb

Hi!
Hab ich das also richtig Verstanden, bei einer Leiterschleife, die komplett von Magnetfeldlinien durchsetzt ist und ich dann das Magnetfeld ändere, die Spannung nur auf Grund elektrischer Kräfte induziert wird?

mfg
blut-lecker

Bashar

Winn logged offf schrieb:

Ich verstehe Deinen Einwand nicht - ohne Elektronen kein induzierter Strom, ohne Elektronen kann keine Potentialdifferenz in Form einer induzierten Spannung auftreten.

Spannung wird induziert, nicht Strom.

Oder anders formuliert, jedes elektrische Feld hat als Quelle (Ursache) eine oder mehrere Ladung(en), ganz nach Maxwell div D = q' (D=Elektrische Flussdichte, q'=elektrische Ladungsträgerdichte).

Du hast rot E vergessen.

asotbb

Hi!
Sry ganz vergessen, Danke an alle;)

mfg
blut-lecker

Bashar schrieb:

Winn logged offf schrieb:

Oder anders formuliert, jedes elektrische Feld hat als Quelle (Ursache) eine oder mehrere Ladung(en), ganz nach Maxwell div D = q' (D=Elektrische Flussdichte, q'=elektrische Ladungsträgerdichte).

Du hast rot E vergessen.

rot E beschreibt eine Wirkung, sie beschreibt die Koppelung der zeitlichen Änderung eines Magnetfeldes welche zugleich die Verwirbelung des elektrischen Feldes ist. rot E beschreibt "nicht" die Quelle oder Ursache des elektrischen Feldes, dass macht nur div D = q'. Das lässt sich auch schon anhand der mathematischen Formulierung der Divergenz herleiten, welche ja Quellen (positive Ladungen) oder Senken (negative Ladungen) oder Quellenfreiheit aufgrund seiner ableitenden Natur auf eine skalara Groesse herunterbricht.

blut-lecker schrieb:

Hab ich das also richtig Verstanden, bei einer Leiterschleife, die komplett von Magnetfeldlinien durchsetzt ist und ich dann das Magnetfeld ändere, die Spannung nur auf Grund elektrischer Kräfte induziert wird?

Sobald bewegte oder zeitliche veränderliche Systeme herangezogen werden, ist das elektrische Feld nicht mehr ohne ein magnetisches Feld oder umgekehrt. Deutlicher wird es vielleicht wenn man sich das Vektorpotential anschaut, B = rot A, aber das Vektorpotential ist aber außerdem sogleich eine Funktion der Stromdichte. So laesst sich vielleicht besser erkennen das ein magnetisches oder ein elektrisches Feld von der gleichen Medaille herrührt. Deine Frage läßt sich also mit JA beantworten, die Veränderung des Magnetfeldes führt zu einer Verwirbelung des elektrischen Feldes, welches sich durch eine Spannung messen läßt.

Daniel E.

blut-lecker schrieb:

Hi!
Hab ich das also richtig Verstanden, bei einer Leiterschleife, die komplett von Magnetfeldlinien durchsetzt ist und ich dann das Magnetfeld ändere, die Spannung nur auf Grund elektrischer Kräfte induziert wird?

Nein, nicht wirklich, je nachdem, was eine elekrische Kraft sein soll -- prinzipiell hat es schließlich überhaupt keinen Sinn, elektrische und magnetische Wasauchimmer zu trennen. Und nein, Du kannst den Potentialunterschied nicht auf Kraftbasis für Ruheinduktion nicht auf Kraftbasis herrechnen.

Was hier passiert, ist folgendes: B-Feld ändert sich -> elektrisches Wirbelfeld wird induziert -> E-Feld macht Kraft (oder Spannung).

Winn logged off schrieb:

Bashar schrieb:

Winn logged offf schrieb:

Oder anders formuliert, jedes elektrische Feld hat als Quelle (Ursache) eine oder mehrere Ladung(en), ganz nach Maxwell div D = q' (D=Elektrische Flussdichte, q'=elektrische Ladungsträgerdichte).

Du hast rot E vergessen.

rot E beschreibt eine Wirkung, sie beschreibt die Koppelung der zeitlichen Änderung eines Magnetfeldes welche zugleich die Verwirbelung des elektrischen Feldes ist. rot E beschreibt "nicht" die Quelle oder Ursache des elektrischen Feldes, dass macht nur div D = q'. Das lässt sich auch schon anhand der mathematischen Formulierung der Divergenz herleiten, welche ja Quellen (positive Ladungen) oder Senken (negative Ladungen) oder Quellenfreiheit aufgrund seiner ableitenden Natur auf eine skalara Groesse herunterbricht.

Wenn Du sagst, kein E-Feld ohne Ladungsdichteverteilung, dann ist das einfach nicht richtig, weil ich nur mit einem sich ändernden Magnetfeld ein E-Feld machen kann, ganz ohne Ladungsdichte. Der Punkt ist, dieses neue E-Feld ist anders. Es ist divergenzfrei, *weil* es ein elektrisches Wirbelfeld ist und div(rot(X))=0. Das bedeutet aber nicht, daß dieses induzierte E-Feld irgendwie nicht existiert und keinen Effekt hat, sondern es sagt nur, daß in dein Testvolumen genau so viele Feldlinien rein- wie rauslaufen, weil es *quellenfrei* ist. Also hat dieses elektrische Wirbelfeld eine ganz andere physikalische Natur als das elektrische Potentialfeld, das auf einer Ladungsdichte beruht.

Und Ruheinduktion ist genau so ein Beispiel, was man nicht erklären könnte, wenn man das E-Feld nur als Potentialfeld betrachten würde, also sollte man nicht durch verschleiernde Worte so tun, als könne man das. Das war mein Punkt.

Winn

Daniel E. schrieb:

Winn logged off schrieb:

Bashar schrieb:

Winn logged offf schrieb:

Oder anders formuliert, jedes elektrische Feld hat als Quelle (Ursache) eine oder mehrere Ladung(en), ganz nach Maxwell div D = q' (D=Elektrische Flussdichte, q'=elektrische Ladungsträgerdichte).

Du hast rot E vergessen.

rot E beschreibt eine Wirkung, sie beschreibt die Koppelung der zeitlichen Änderung eines Magnetfeldes welche zugleich die Verwirbelung des elektrischen Feldes ist. rot E beschreibt "nicht" die Quelle oder Ursache des elektrischen Feldes, dass macht nur div D = q'. Das lässt sich auch schon anhand der mathematischen Formulierung der Divergenz herleiten, welche ja Quellen (positive Ladungen) oder Senken (negative Ladungen) oder Quellenfreiheit aufgrund seiner ableitenden Natur auf eine skalara Groesse herunterbricht.

Wenn Du sagst, kein E-Feld ohne Ladungsdichteverteilung, dann ist das einfach nicht richtig, weil ich nur mit einem sich ändernden Magnetfeld ein E-Feld machen kann, ganz ohne Ladungsdichte. Der Punkt ist, dieses neue E-Feld ist anders. Es ist divergenzfrei, *weil* es ein elektrisches Wirbelfeld ist und div(rot(X))=0. Das bedeutet aber nicht, daß dieses induzierte E-Feld irgendwie nicht existiert und keinen Effekt hat, sondern es sagt nur, daß in dein Testvolumen genau so viele Feldlinien rein- wie rauslaufen, weil es *quellenfrei* ist. Also hat dieses elektrische Wirbelfeld eine ganz andere physikalische Natur als das elektrische Potentialfeld, das auf einer Ladungsdichte beruht.

Und Ruheinduktion ist genau so ein Beispiel, was man nicht erklären könnte, wenn man das E-Feld nur als Potentialfeld betrachten würde, also sollte man nicht durch verschleiernde Worte so tun, als könne man das. Das war mein Punkt.

Du hast schon Recht mit dem Problem der verschleiernden Worten, einfache Fragen lassen sich nicht immer einfach beantworten und mal schnell hoppla ueber das Internet nur durch noch mehr Schwierigkeiten und vorprogrammierten Missverstaendnissen.

Back to topic: Vielleicht vertauschst Du zwei verschiedene Anregungstypen des elektrischen Feldes E, vielleicht auch nicht, dass eine beruht auf Ladungen Q (Elektrostatik, div D=q', wirbelfrei also rot E = 0, also div rot E = 0, sonst wäre es auch kein Gradientenfeld und es gaebe keine E = - grad V) und das andere beruht auf einen stationaeren Stroemungsprozess S (konstanter Strom, div S=0 ist ebenso wirbelfrei also rot E = 0, also div rot E = 0, S ist ebenfalls ein Gradientenfeld und kann durch ein Potential E = - grad V beschrieben werden). Konstanter Strom I ist nichts anderes als Ladung Q/pro Zeit. Somit bleibt meine Aussahe bestehen, das elektrische Feld E hat als Ursache immer Ladungen Q.

Vielleicht haben wir aneinander vorbeigeredet, weil ich meinte immer, dass Induktion oder sein dazugehoeriges elektrischen Feld E "im Leiter" sich in Elektronen begruendet, die auf das zeitlich veraenderliches Magnetfeld B' reagieren. Dieses laesst sich wieder einem stationaeren Prozess S zuordnen und schon haben wir Dein quellenfreies Feld mit div S = 0 => div rot E = 0.

Eine Anmerkung, ein Magnetfeld laesst sich nur durch bewegte Ladungen und der Anwendung der Lorentz-Transformation begruenden. Schnell stellt man dann fest, dass das magnetische Feld B und das elektrische Feld E eigentlich einen Ursprung im sogenannten Vektorpotential A findet. Somit sind sie zwei Phaenomene oder Perspektiven des gleichen Ursprungs, siehe B = rot A und der Coloumb-Eichung div A = 0. Bei einem stationaeren Prozess ist A = Integration von S dV ueber alle Aufpunkte Rpp' (S=kappa E), d.h. im inversen Sinne ist S = Funktion von A und auch B = Funktion von A.

Daniel E.

Winn schrieb:

Vielleicht vertauschst Du zwei verschiedene Anregungstypen des elektrischen Feldes E, vielleicht auch nicht, dass eine beruht auf Ladungen Q (Elektrostatik, div D=q', wirbelfrei also rot E = 0, also div rot E = 0, sonst wäre es auch kein Gradientenfeld und es gaebe keine E = - grad V) und das andere beruht auf einen stationaeren Stroemungsprozess S (konstanter Strom, div S=0 ist ebenso wirbelfrei also rot E = 0, also div rot E = 0, S ist ebenfalls ein Gradientenfeld und kann durch ein Potential E = - grad V beschrieben werden).

Aber es gibt eben auch E-Felder, die nicht wirbel-, aber dafür quellenfrei sind. Wie erklärst Du dir das?

Nimm zB das von dir in den Raum geworfene Vektorpotential A, mit B=rotA. Wer A sagt muß auch Phi sagen, weil ich mein A-Feld offenbar mit einem Gradientenfeld Phi addieren kann, ohne das resultierende B-Feld zu ändern. Wenn man das macht und in die Maxwellgleichungen einsetzt, dann stellt man fest, daß sich das E-Feld ergibt zu E=-grad(Phi) - dA/dt. Und dA/dt ist quellenfrei und besitzt kein Potential.

Vielleicht haben wir aneinander vorbeigeredet, weil ich meinte immer, dass Induktion oder sein dazugehoeriges elektrischen Feld E "im Leiter" sich in Elektronen begruendet, die auf das zeitlich veraenderliches Magnetfeld B' reagieren.

Nein, sie "begründet" sich eben nicht dadurch. Das induzierte E-Feld wäre auch da, wenn keine Leiterschleife oder Elektronen in der Nähe sind. Das war doch eine der steilsten Thesen von Maxwell, die erst ein paar Jahre später von Hertz in seinen Wellenexperimenten nachgewiesen wurde (darum: die Unterscheidung ob ein E-Feld nur da ist, selbst wenn ich keine Schleife habe, ist KEINE philosophische, sondern experimentell geklärt). Die Leiterschliefe oder das Elektron ist ein Nachweißinstrument, ein Meßgerät, nichts weiter. Das Phänomen der Ruheinduktion kommt ganz ohne das aus.

Eine Anmerkung, ein Magnetfeld laesst sich nur durch bewegte Ladungen und der Anwendung der Lorentz-Transformation begruenden. Schnell stellt man dann fest, dass das magnetische Feld B und das elektrische Feld E eigentlich einen Ursprung im sogenannten Vektorpotential A findet.

Schön, ich habe auch genug Feldtheorievorlesungen gehört um das zu wissen. Ich verstehe auch, was Du mir sagen willst, nämlich daß 'letztenendes' alles 'irgendwie' mit Ladungen zu tun hat. Das ist zwar richtig, aber es ist ein sehr eingeschränkter Standpunkt und der hilft auch nicht wirklich weiter, weil das keine fundamentalen Fragen klärt.

Gast++

Daniel E. schrieb:

Das ist zwar richtig, aber es ist ein sehr eingeschränkter Standpunkt und der hilft auch nicht wirklich weiter, weil das keine fundamentalen Fragen klärt.

Ich fand die relativistische Herleitung eigentlich ziemlich klärend; mit Ladung, und Raum und Zeit (via Lorenz-Transformation) kriegt man die wichtigsten Sätze zur Magneto-und Elektrodynamik.
Dann ein wennig Vektoranalysis und ich hab Ausdrücke die nach Integration messbare Grössen ergeben.
Wenn man dann noch berücksictigt dass sich Ladungen in Cu mit ca 0.6c bewegen, also einem erheblichen Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit, sieht man auch dass der Ansatz konzeptionell kohärent ist.

Welche fundamentale Frage bleibt denn da Deiner Meinung nach offen?

Grüsse

*this

Gast++ schrieb:

Daniel E. schrieb:

Das ist zwar richtig, aber es ist ein sehr eingeschränkter Standpunkt und der hilft auch nicht wirklich weiter, weil das keine fundamentalen Fragen klärt.

Welche fundamentale Frage bleibt denn da Deiner Meinung nach offen?

Ich denke das er vielleicht den "Aharanov-Bohm Effekt" meint ->> http://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov-Bohm_effect

Gast++ schrieb:

Daniel E. schrieb:

Das ist zwar richtig, aber es ist ein sehr eingeschränkter Standpunkt und der hilft auch nicht wirklich weiter, weil das keine fundamentalen Fragen klärt.

Wenn man dann noch berücksictigt dass sich Ladungen in Cu mit ca 0.6c bewegen, also einem erheblichen Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit, sieht man auch dass der Ansatz konzeptionell kohärent ist.

Kleine Bemerkung : Elektronen bewegen sich in einem Kupferdraht nicht mit 60% der Lichtgeschwindigkeit (300 000 000 m/s), sondern mit weniger als 1 Meter pro Sekunde (bei Haushaltsstrom), aber weil sich in einem Kupferdraht um die 10^22 Elektronen pro Kubikzentimeter bewegen, ergibt deren Überlagerung das magnetische Feld, daß wir mit rot H = S messen können.

Daniel E.

Winn logged off schrieb:

Gast++ schrieb:

Daniel E. schrieb:

Das ist zwar richtig, aber es ist ein sehr eingeschränkter Standpunkt und der hilft auch nicht wirklich weiter, weil das keine fundamentalen Fragen klärt.

Wenn man dann noch berücksictigt dass sich Ladungen in Cu mit ca 0.6c bewegen, also einem erheblichen Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit, sieht man auch dass der Ansatz konzeptionell kohärent ist.

Kleine Bemerkung : Elektronen bewegen sich in einem Kupferdraht nicht mit 60% der Lichtgeschwindigkeit (300 000 000 m/s), sondern mit weniger als 1 Meter pro Sekunde (bei Haushaltsstrom)

Vorsicht, Elektronen bewegen sich im Draht schon sehr schnell, aber nicht sehr gradlinig, so daß eine Driftgeschwindigkeit übrig bleibt, die recht klein wird. Aber das ist eben eine gemittelte Größe, da muß man sich schon immer fragen, was man berechnen will: Ein 10 Jahre altes Auto, daß 100 km von seiner Fabrik steht, hat eine mittlere Driftgeschwindigkeit von ~0.001 km/h.

Es gibt eben mehr als eine Geschwindigkeit.

Hallo leute, kann mir einer von Euch sagen wie es möglich ist ,das ich bei einem handelsüblichen verbindungskabel 250mm lang 1,5mm querschnitt an jedem ende jeweils eine klammer, eine spannung von 0,21Volt messen kann??? Noch mehr wundert mich das wenn ich einen kondensator an das kabel anklemme ,dann läd sich dieser in wenigen sekunden auf,auf dieselbe spannung von 0,21 Volt.Was geht hier vor???
Die kabel wahren im 10er pack.Bei den übrigen 9 stück tritt dieser effekt nicht auf.Dieses eine kabel scheint immer unter spannung zu stehen.Wie ist es möglich??? 0,21 Volt aus dem nichts?