Magnetismus

[gravi]

Da ich gerade beruflich damit zu tun habe, musste ich wieder einmal über das Phänomen des Magnetismus nachdenken.

Gibt es eigentlich jemanden, der diesen Effekt überzeugend erklären kann?

Bei Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetfeld) findet man ja schon einiges darüber, auch auf vielen anderen Internetseiten und in Physikbüchern.

Nun gut, das hängt mit dem Spin der Teilchen zusammen, und sie haben ein magnetisches Moment. Verflixt, aber was ist das?
Wie wird diese Kraft übertragen? Ja, was ist das für eine Kraft? Wieso entstehen aus einem Stabmagneten, wenn ich ihn zerbreche, zwei neue Magnete und nicht zwei Monopole? Und wieso verschwindet der Magnetismus, wenn ich den Magneten über den Curiepunkt erhitze?

Also schlaft mal drüber und dann erklärt Ihr mir das genau :idea:

Schönen Gruß
gravi

[breaker]

Wie wird diese Kraft übertragen?
Wieso entstehen aus einem Stabmagneten, wenn ich ihn zerbreche, zwei neue Magnete und nicht zwei Monopole?

Übertragen wird die elektromagnetische Kraft durch Photonen (jetzt weißt du wahrscheinlich genauso viel wie vorher, aber mehr kann ich dazu leider auch nicht sagen)

Das mit den nicht vorhandenen Monopolen ist einfach (zumindest, wenn meine Vorstellung von einem Magneten richtig ist). Wann ist denn ein Eisenstück ein Magnet? Wenn alle Elementarmagnete in seinem Inneren gleich ausgerichtet sind, das sieht dann in etwa so aus:


Wenn du ihn jetzt zerbrichst, sieht er so aus:


Kein Grund, warum da irgendwo ein Monopol sein sollte.

(P.S. Frag mich bloß nicht, was die Elementarmagneten sind )

[gravi]

Das mit den Photonen ist schon richtig, zumindest trifft das auf elektromagnetische Felder zu. Allerdings handelt es sich in jedem Fall wohl um virtuelle Photonen.

Deine Zeichnungen sind sehr anschaulich, aber weshalb sind dann an der Bruchstelle die Polaritäten sofort umgekehrt?

Ja, den Elementarmagneten muss man wohl auf atomarer Ebene suchen. Hier unterscheidet zwischen Dia- und Paramagnetismus. Aber mir ist nicht klar, wie ich das in den makroskopischen Permanentmagneten transformieren kann...

Gruß
gravi

[gradient]

@gravi:
zu den magnetischen Monopolen:
Es heißt ja in den Maxwellgleichungen div B = 0. Anschaulich: Ein Magnetfeld hat keine Quellen. Ergo: Es kann keine magnetischen Monopole geben. Vielleicht kann jemand, der auch die Maxwellgleichungen herleiten kann (ich kann sie nur einigermaßen interpretieren), begründen, wie es zu obiger Formel kommt. Dann wird möglicherweise klar, warum keine magnetischen Monopole entstehen können.

Eine andere Frage: Wieso hätten eigentlich kurz nach dem Urknall magnetische Monopole entstehen können, wenn doch div B = 0 gilt? (Immerhin versucht ja das Inflationsmodell zu erklären, weshalb man keine magn. Monopole sieht.) Gibt es Einschränkungen der Maxwellgleichungen? Wann gelten sie? (Hoffe, ich bin jetzt nicht zu weit vom Thema abgekommen...)

[AlTheKingBundy]

@gradient

du hast das mit der quellenfreiheit über divB = 0 perfekt beschrieben. es gibt im grunde keine herleitung der maxwellgleichungen. sie waren ursprünglich eine sammlung von einzelgleichungen (z.B. faradaysches induktionsgesetz), die dann von maxwell in eine gussform gebracht wurden. einstein perfektionierte das ganze durch seine viererschreibweise. ob nun div B = 0 oder ungleich null ist, lässt sich nicht herleiten, es ist einfach eine erfahrungssache durch das experiment.

[gradient]

@ Al:
danke für deine Antwort.
Wenn das "nur" Erfahrungssache ist, können die Maxwellgleichungen wohl auch keine Antwort auf Gravi's Fragen geben.

[gravi]

Jetzt darf ich noch ein wenig verwirrter sein...?

Also wenn ein Magnetfeld keine Quellen hat, wieso existiert es dann überhaupt?
Maxwellgleichungen hin und her, aber irgendwie habe ich auch noch ein wenig die Kausalität im Hinterkopf.

Da heißt es doch, ohne Ursache keine Wirkung. Hat der olle Maxwell da vielleicht ein wenig geschummelt?

Übrigens arbeite ich gerade mit recht interessanten Magneten (die wir mit einem speziellen Überzug gegen aggressive Chemikalien schützen sollen).
Das Material ist nicht etwa Eisen sondern eine Legierung aus:
[math]#Index(Sm,3)#Index(Co,17)[/math]
besteht also aus den Elementen Samarium und Kobalt. In einigen cm Abstand spürt man vom Magnetismus nichts, auf kurze Distanz ist die Magnetkraft aber sehr beeindruckend. Das Teil soll für Magnetkupplungen in Chemikalienpumpen eingesetzt werden.

Gruß gravi

[breaker]

Jetzt darf ich noch ein wenig verwirrter sein...?

Also wenn ein Magnetfeld keine Quellen hat, wieso existiert es dann überhaupt?

Wenn ich die Gleichungen richtig verstehe, ist das so:
Es gibt keine Monopole, sondern nur Dipole.
Wahrscheinlich wäre ein einziger Nordpol eine Quelle und ein einziger Südpol eine Senke (oder umgekehrt).
Da sie aber nur zusammen auftreten heben sie sich sozusagen gegenseitig auf.

[Stephen]

Hallo,

zur Klärung kann ich leider nichts beisteuern - ganz im Gegenteil: Auf meine ehemalige Frage nach dem Zeitpunkt der Umkehrung des Magnetfeldes auf der Erde (die statistisch gesehen längst überfällig sein soll) gab es keine Antworten. Scheinbar ist die Thematik Magnetismus immer noch etwas rätselbehaftet...

Gruß, Steffen

[gravi]

Das ist wirklich eine sehr rätselhafte Erscheinung.

Ich habe jetzt über 1 Stunde in Physikbüchern gelesen und bin eigentlich keinen Schritt weiter gekommen.
Die Maxwell- Gleichung div B = 0 besagt in der Tat, dass die magnetische Induktion keine Quelle braucht, von der sie ausgeht. Die Feldlinien sind stets in sich geschlossen. Das ist für mich rätselhaft...

Vielleicht muss man es sich so einfach machen, wie es in der Magnetik gehandhabt wird:
Die Frage nach der atomphysikalischen Deutung des Magnetismus wird nicht gestellt

Muss man also ein magnetisches Feld einfach als gegeben akzeptieren, ohne sich über seine Natur im Klaren zu sein?

Gruß
gravi

[wilfried]

Hallo Gravi

ist noch Interesse an der Beantwortung dieser Fragestellung: "was ist Magnetismus" oder ist bereits alles klar geworden?

Wenn ja, schreibe ich eine Antwort in diesen Faden.

Gruß

Wilfried

[gravi]

Ich bin für jeden Hinweis dankbar, der meinem Verständnis dieser merkwürdigen Erscheinung weiter auf die Sprünge hilft!

Gruß
gravi

[wilfried]

Lieber gravi und auch liebe Forums-Mitglieder nebst Gastbesuchern

dann leg ich mal los und probiere Dir einige Antworten zu geben.

Fange wir mit den diversen Magnettypen und deren Bedeutung an

Diamagnetismus

dia aus dem griechisch heißt entgegen

Der DMamgnetismus ist eine Stoff Eigenschaft. Die Ursache sind interatomare Ringströme. Abgeschlossene Energieniveaus ("Elektronenbahnen") besitzen ein gleiches Spinmoment und auch Bahndrehmoment. Damit ist der gesamtdrehimpuls Null.
Ein von außen her wirksames Magnetfeld verursacht eine Präzessionsbewegung des Drehimpulsvektors bei den Elektronen. Diese induzieren ein, dem äußeren Feld entgegenwirkendes inneres Feld.
Das bedeutet: Abstoßung

Paramagnetismus

Besitzt ein Atom eine "Schale" -besser sage ich hier Energieniveaus- mit nicht "genügender" Anzahl von Elektronen, so sagt man:
"Diese Elektronenschale ist nicht abgeschlossen".
Es verbleibt ein Bahndrehmomentanteil unkompensiert.
Die Energieträger (Elektronen) verteilen sich so, daß der Gesamtspin maximiert wird. Zunächst ist deshalb keon Eigenmagnetismus feststellbar.. Wird ein von außen wirksames magnetisches Feld angelegt, so orientieren sich die Momente teilweise "magnetisch parallel". Es kommt zu einem schwachen Magnetfeld.

Kollektiver Magnetismus

kollectiv aus gem Latein abgeleitet: gemesinschaftlich

Dieser Effekt tritt in Festkörpern auf. Es handelt sich hier um geordnete Spnstrukturen.

Ferromagnetische Spinordnung

parallele Ausrichtung der Spinmomente. Erkennt man in:
Fe, Co, Ni, EuS-legierungen

Antiferromagnetische Spinanordnung

antiparallele Ausrichtung von Spinmomenten gleichen betrags. Sieht man in:

MnF2, CoF2, NiO, MnO

Diese antiparallele Ordnung kann bei Einwirkung starker Magnetfelder in eine ferromagnetische Spinordnung übergehen.

Ferrimagnetische Spinordnung

antiparallele Ausrichtung von Spinmomenten verschiedenen betrags.
Sieht man in:
Me=*Fe2O3

Heißen: Ferrite und Magnetit

Das Magnetfeld

1820: Hans-Christen Oersted
ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld

Rechte Hand Regel:
Daumen in Flußrichtung der Energie (Strom)
Zeigefinger in Vektorrichtung der Magnetfeldlinien
Schraubbewegung nach rechts: Drehrichtung des magnetischen Felds

Fett geschrieben: vektoren (Gößen mit einer Richtungsangabe -> Pfeil)

F = I ( l x B )

Befindet sich der stromdurchflossene Leiter senkrecht zum Magnetfeld gilt:
F= l senkrecht B - sin (phi)

Diese zeigen einen Winkel zum Magnetfeld. B ist die magnetische Induktion oder auch die Dichte des magnetischen Flusses

Induktion

Blickt man in Stromrichtung:

magnetische Feldlinien drehen rechts. Jetzt ein Gedankenexperiment:
Zwei Leiter mit gleicher Stromrichtung nebeneinander mit einem Abstand zueinander aufgebaut. Diese erzeugen je ein Magnetfeld, beide felder drehen sich gleich herum. Was passiert?
Malt das einfach mal hin: schaut senkrecht auf die beiden Leiter. Diese seien ein Kreis auf dem Blatt und sagen wir mit einem Kreuz im Kreis bezeichnen wir die Richtung in das Blatt hinein, dahin "fließt" (schrecklicher Begriff) der Strom. Die Magnetlinien rotieren im Uhrzeigersinn um beide Leitungen. Bitte malt mal 3 oder 4 solcher Linien um jede Leiterbahn. Malt an jeden der Kreise an mehreen Stellen einen Pfeil im Uhrzeigersinn.
Nun, wie sehen die Pfeile zwischen den leiterbahnen aus?

Hui!!! Da sind ja die Pfeilspitzenentgegengesetzt!!

Was heißt denn das?
Die Kräfte wirken entgegen, schwächen sich ab, und wenn beide Ströme gleich sind heben sich die Kräfte auf.
Und dann? Dann bewegen sich die Leiter aufeinander zu!

Das gleiche Experiment, nur bezeichnet einen Leiter mit einem Punkt in der Mitte. Dort "kommt der Strom aus dem Papier heraus".

Und jetzt?
Zwischen den Leitern verstärken sich die Kräfte gleichsinning: es wirkt eine Abstoßung. beide Leiter bekommen einen "Bauch".

Und malt mal das gleiche für eine Spule. Malt mal sagen wir 10 große Schleifen "e's". Dann malt um jede dieser großzügig gemalten Schleifen Ringe, welche die Magnetfeldrichtung anzeigen. Bezeichnet vorher noch mit einem Kreuz die Stromrichtung in die Spule hinein.

Was passiert?

Zwischen den Spulenschleifen seht ihr, daß sich die Feldlinienpfeile entgegengesetzt malen! Damit wird die magnetische Feldstärke zwischen den Spulenwicklung deutlich verringert. Heben sich diese auf?
Nein, wenn wir supraleitfähige Magneten haben, aber sie werden sehr gering. Denkt an die endliche Geschwindigkeit einer elektromagnetiuschen Welle. Diese wird auch von der Materialeigenschaft noch vermindert!!
Nein, bei normalen Materialien.

Die Feldlinien "ergänzen" sich von Wicklung zu Wicklung und zeigen in der Nähe der Wicklung Eindellungen. Außerhalb der Spule und innerhalb der Spule sind die Richtungen umgekehrt.
Wir nennen den Pol Süd, wo diese Feldlinien in die Spule hineintauchen.


Ich bringe jetzt keine Formeln, die kannst Du nachschauen. Aber ich werde versuchen die wichtigen Begriffe zu erläutern:

Permeabilität
Durchlässignkeit der Feldlinien. Verhältnis zwichen der magnetischen Flußdichte und der magnetischen Feldstärke.
DIe ablolute P. und dei relative P. ergeben multipliziert die gesamt P. eines Stoffes

magnetischer Fluß

Gesamtanzahl der Feldlinien innerhalb einer bestimmten Fläche oder Raumes.
Dieser Fluß ist meßbar als Spannungsstoß in einer diese Fläche (Raum) umgebenden Wicklung während der Änderung dieses Flusses.

Flußdichte

die Anzahl der Feldlininien ipro Flächeneinheit (Volumeneinheit)

Durchflutung

Bezeichnung für das linienintegral der Feldstärke H längs einer geschlossenen Kurve

Trivial: Gibt Aufschluß über die Anzahl der Feldlinien

Feld

Träger einer physikalischen Eigenschaft

magnetische Feldstärke

Beschreibt quamtitativ das magnetische Feld nach Betrag und Richtung.

Induktion

Verstanden wir hierbei die Eigenschaft des magnetfelds, sich bei zeitlicher Änderung mit einem elektrischen Feld "auszutauschen".
Das ist das Gesetz der Wechselwirkung.

Induktivität

Sie beschreibt die Größe der Flußänderung durch die in einer Spule durch Selbstinduktion eine Spannung erzeugt wird

Lorentzkraft

Auf bewegte geladene teilchen wirkt in einem Magnetfeld eine Kraft, genannt: Lorentz Kraft.
Richtung und Stärke dieser Kraft hängen ab von:
- elektrischer Teilchenladung Q
- Geschwindigkeit des Teilchens v
- Magnetische Flußdichte B

Meerksatz: BEV Gleichung

Rechte Hand Regel

oben schon erwänht, aber trotzdem in der Zusammenfassung:

Daumen: technische Stromrichtung
Zeigefinger Nord-Süd Richtung Magnetfeld
Mittelfinger Riuchtung der Lorentzkraft

Die Lorentzkraft lenkt Teilchen ab. Jeder Teilchendetektor arbeitet damit.
Ein von einem Strom I durchflossener Leiter der Länge l steht senkrecht zu den Magnetfeldlinien. Auf diesen Leiter wirkt die Kraft
F = BIL "BIL Gleichung"

Das war es auch schon.
Ich hoffe es hat weitergeholfen, das verständnis für diese seltsam ungeliebten Magnete zu stärken. Im brigen habe ich festgestellt, warum viele Menschen mit Magnetphysik Probleme haben.

Das hängt tatsächlich nur von den ungewohnten Begriffen ab. Es wird wesentlich früher und auch wesentlich intensiver -auch Erfahrungs-bedingt- auf den elektrischen Strom eingegangen. Aber bei Magneten baut sich dann ein innerer Gegendruck auf, obwohl auch hier der Kirchhoff der gleiche bleibt!

Selbst in der Relativität bleibt Kirchhoff uns erhalten


Nette grüße

Wilfried

[gravi]

Besten Dank, lieber Wilfried!

Das war eine umfassende und sehr gut verständliche Erläuterung des Phänomens. Dia- und Paramagnetismus sind mir dabei durchaus geläufig, was mich jedoch (brennend!) interessiert ist der eigentliche Ursprung.

Also:
1. Ist der Magnetismus nun eine Eigenschaft eines Elektrons (ähnlich seiner Ladung)? Das würde bedeuten, dass ein Elektron der kleinste denkbare Stabmagnet wäre. Bei einem punktförmigen Teilchen ist das jedoch unvorstellbar.

Hängt aber das Wirken als mag. Nord- oder Südpol davon ab, welchen Spin das Elektron hat oder in welcher Richtung es das Atom umkreist (simpel ausgedrückt), so wäre es ein mag. Monopol. Die aber gibt es nicht.

Was also???

2. Wir sprechen so leichtfüßig von mag. Kraftfeldern/linien. Was ist deren Natur, wie werden sie übertragen? Jede Kraft wird ja durch Botenteilchen übermittelt, also den Bosonen. Sind nun auch (virtuelle) Photonen dafür verantwortlich oder gibt es am Ende "Magnetonen"???

Ich bin schon auf Antworten gespannt

Schöne Grüße
gravi

[wilfried]

Lieber gravi,

1. Ist der Magnetismus nun eine Eigenschaft eines Elektrons (ähnlich seiner Ladung)? Das würde bedeuten, dass ein Elektron der kleinste denkbare Stabmagnet wäre. Bei einem punktförmigen Teilchen ist das jedoch unvorstellbar.

Erster Teil der Antwort: Ja, Magnetismus ist auch eine atomare Eigenschaft. Denn ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld.

Zweiter teil der Antwort: es lassen sich dabei keine Pole isolieren. Die Eigenschaft des Magnetfelds verlangt in ihrem Wesen das Nicht-Vorhandensein von Polen.
Grund ist, daß der Magnetismus eben eine sekundär Erscheinung ist. Nur durch die von mir beschriebenen Phänomene baut er sich auf. Der Magnetismus ist keine Primäreigenschaft und beruht nicht auf eigenen Teilchen.



Hängt aber das Wirken als mag. Nord- oder Südpol davon ab, welchen Spin das Elektron hat oder in welcher Richtung es das Atom umkreist (simpel ausgedrückt), so wäre es ein mag. Monopol. Die aber gibt es nicht.

Antwort ja das tut er. Die Sache mit dem Monopol ist eine rein theoretisch durchführbare Operation. Das hat zu tun mit der symmetrischen Anschrift der Maxwellgleichungen..siehe meinen "footer". Den Magnetmonopol diskutiere ich für Deinen Fall mal gleich weg.

2. Wir sprechen so leichtfüßig von mag. Kraftfeldern/linien. Was ist deren Natur, wie werden sie übertragen? Jede Kraft wird ja durch Botenteilchen übermittelt, also den Bosonen. Sind nun auch (virtuelle) Photonen dafür verantwortlich oder gibt es am Ende "Magnetonen"???

Antwort: Kraftfelder werden auf Grund von Wechselwirkungen übertragen. Nun das mit den Botenteilchen ist so eine Sache, denn dann wären ja die entsprechenden Impulse notwendig, welche auch eigene verluste hätten. Diese jedoh kennen wir innerhalb der Feldanschriften nicht.

Eine solche feldlinie ist ein künstlicher Begriff, es wäre besser diese als Wirkungslinie gleicher Wirkung anzusehen. Auf einer solchen Linie sind die Wechslewirkungen ortsunabhängig und konstant.

Irgendwelche "xxtonen" kann man schnell "erfinden", die sind aber nicht vorhanden. In Wahrheit verhält sich das Feld wie eine Federketten Bettbezug. Ändert sich nichts, bleibt alles konstant und jeder Knoten an seinem Platz, jede Einzelfeder eben so vorgespannt.
Bringe ich irgendwo eine Wirkung ein, indem ich z.B. an einer Stelle einen Ball draufhüpfen lasse, so verändert der Ball zunächst das Gefüge: es baut sich eine delle auf. Diese wird solange und damit tiefer eingedallt, bis das moment des Balls dem Moment des Federbettbezugs an der Auftreffstelle des Balls entspricht. Da der Ball aber eine geringe Masse haben soll, ist der Ruheimpuls des Balls deutlich kleiner als der induzierte Impuls. Damit wird sich das Federgebilde wieder zurückbewegen. Es wird aber nicht in siner seiner Ruhelage vergarren, sondern sich darüber bewegen. Die Anzahl dieser so erzeugten Schwingungen hängen mit der dem trägheitsmoment dieser Federmatraze zusammen. Irgendwann sit die Schwingun amplitudenmäßig so winzig, daß man salopp gesagt sagt: dei Schwingung ist abgeklungen.

Das kannst Du als Vorstellung für diese Wechselwirkung ansehen. Die Federn, welche matriyförmig ineinander verhakt sind stellen die Wechselbeziehungen der Atome oder Moleküle dar. Die Übertragung geschieht mittels des Impulses des beteiligten Felds.

Ich hoffe Dir das so klar gemacht zu haben.

Wenn icht, bleib dran...

Gruß

Wilfried

[AlTheKingBundy]

Im Allgemeinen stimmt es, dass Magentismus nicht auf Eigenschaften einzelner Teilchen beruht und eine rein atomare Eigenschaft ist.

Jedoch darf man das magnetische Moment der Elementarteilchen nicht vergessen, welches eine pure Teilcheneigenschaft ist!

[wilfried]

Lieber Al

damit sind wir wieder beim Spin. Es ist stets das Gleiche, jedoch sei der Vollständigkeit halber hinzugefügt:
Verbünde wie Kristalle oder auch Ionen und Moleküle reagieren magnetisch auch als Verbund. Die Quanteneigenschaften bewirken eine polarisierte Feldverteilung. Diese wiederum bewirkt eine Ausrichtung der Spinmomente und damit wird eine magnetische Wirkung influenziert.

Gruß

Wilfried

[gravi]

Lieber Wilfried,

Deine Ausführungen sind in der Tat sehr überzeugend.
Ich denke, dass ich nun einiges besser verstehe.

Auch Dein Beispiel mit den Federn ist recht einleuchtend.
Immer noch aber stellt sich mir die Frage nach der Natur des Feldes. So recht kann ich es mir nicht vorstellen.

Bei allen 4 Naturkräften sind Botenteilchen am Werk - nur nicht beim Magnetismus? Eigentlich muss man ihn doch zur elektromagnetischen Wechselwirkung zählen - damit wären die Botenteilchen dann Photonen.

Was ich meine ist, dass doch irgendetwas in der Raumzeit vorhanden sein muss, was mir sagt, die Nadel ist magnetisch....

Vermutlich werde ich die letzte Erkenntnis dieses Phänomens wohl nie erlangen, ich wollte hier prinzipiell auch nur eine umfassendes Diskussion anregen. Aber das Thema scheint weniger interessant.

Danke aber für Deinen Einsatz hier, Wilfried. Und ich freue mich, dass Du wieder für uns ein wenig Zeit hast!

Beste Grüße
gravi

[wilfried]

Lieber gravi,

ich versuche trotzdem noch eine antwort auf Deine oofene Frage zu geben:

Die Raumzeit hat was zu tun mit relativistischen Zusammenhängen.
Nicht immer muß diese auch herhalten. Beim Magnetismus haben wir es mit Quantenmechanik zu tun. Wie ich ja schon sagte: nur das elekrische feld ist tatsächlich primär.
Da es auch in der Quantenmechanik angewandt, eine elektrisch geladenes teilchen gibt, so sorgt dieses für gehörigen Wirbel. Denn es werden damit Momente im atomaren Verbund, im Atom selber, im Kern, in der Hülle erzeugt. Diese Momente erzeugen elektrische Felder. Diese elektrischen Felder führen wiedeum zu magnetischen Erscheinungen. Hich sge absichtlich: Erscheinung.
Der Magnetismus ist ein sekundär Effekt.

Es gibt wirklich kein MAGNETRON (hier meine ich nicht die HF Senderöhre, die gibt es natürlich!!)

Die Theorie erzählt über Magnetpole. jedoch sich das künstliche Gebilde, welche seitens der Symmetrie "verlangt" werden.

Eine der größten Schwächen der theortischen Physik!!
Prinzipielel ist die Maxwell'sche Anschrift zwar hübsch, aber bezogen auf eine deutliche Struktur: was ist primär und was folgert daraus sekundär ist die maxwell theorie im höchsten Maß unzureichend.
Das klingt ketzerisch, ist aber die Wahrheit.

Das Problem liegt bei uns selber: Wir haben bis dato keine zufriedenstellende Theorie entwickelt, welche exakt auf diese belange eingeht

und Du mit deinen Fragen steckst exakt im Mawell Loch.

Das was mit verbeiben würde in der erklärung ist hier nicht anders zu nennen als:

um den heißen Brei herum zu reden.

Wir haben für den Magnetismus und dessen Transport nur die Quantenmechaik als Ansatzpunkt. Die Maxwellgleichungen beschreiben lediglich das, was wir unter phäönomenologie verstehen, erklären aber gar nichts zu den Ursachen. Führen wie erwänht aber zu Verwirrungen.

jedoch: ich sehe keinen Ansatz zu einer relativistiscchen Deutung dieses Phänomens.

Tut mir leid Dir da vieleicht nicht helfen zu können, nimm es erst mal wie es ist.
Vieleicht hat einer der Forumsmitglieder noch eine etwas anschauliche Erklärung dazu...Vileicht

Gruß

Wilfried

[AlTheKingBundy]

hallo wilfried,

am rande erst mal dir und allen anderen einen guten rutsch ins neue jahr und viel erfolg bei allem was ihr tut.

ich muss in einem punkt widersprechen. beim magnetismus haben wir es keineswegs mit der quantenmechanik zu tun. das elektrische- und magnetische feld lässt sich komplett klassisch mit hilfe der maxwellgleichungen beschreiben. allein bei der quantisierung des elektromagnetischen feldes (woraus u.a. die photonen resultieren und viele andere quanteneffekte wie vakuumpolarisation usw.) kommt die quantenmechanik ins spiel. die ursprünge und quellen des elektrischen und magnetischen feldes lassen sich hervorragend mit maxwell verstehen.

die quellen des elektrischen feldes sind die ladungsdichten, das magnetische feld besitzt keine (obwohl dieser punkt als experimentelle erfahrungstatsache mit eingebracht wird). die zeitliche änderung des einen feldes verursacht eine verwirbelung des anderen.

keine der wechselwirkungen lässt sich wirklich verstehen, nur, sie lassen sich mit hilfe ihrer feldgleichungen, wo auch immer sie ihren ursprung haben mögen, manchmal sehr gut manchmal weniger gut beschreiben.

[wilfried]

Lieber Al

so sehe ich das nicht. Die MWGs lassen auf elegente Weise die Beschreibung des Phänomens zu. Damit erhalten wir für Wellen exakte Ergebnisse. Das ist ohne jeden Zweifel wahr und wir ziehen vielfältig Nutzen daraus.

Aber für den eigentlichen Effekt, das was grvai im tiefsten Inneren sucht, reicht diese beschreibung eben nicht aus.

Da hilft wirklich nur die Quantenmechanik. Und damit haben wir halt die Situation, daß Megnetismus auf dieser Ebene oder Tiefe der bechreibung ein abgeleitetr, ich sage dazu sekundärer Effekt ist. Er bestimmt sich aus der verteilung der elektrischen Felder jeder Art und Möglichkeit. Aber es gibt keinen Primärträger dieser Erscheinungsform.

Deshalb ist es ja auch streng genommen unmöglich von einem Magnetpol zu reden. Das ist reine Definitionsfrage. Die Feldlinien sind geschlossen und "man" sagt eben: da wo sie reingehen, da Südpol.

Poltrennung ist wiederum ein mathematisch geführter Weg, der ohne physikalischen Hintergrund behandelt wird. Hier wird mit Hilfe der symmetrischen Anschrift -siehe meinen "footer"- einPol durch Einbringung eines magnetischen Ladungsdichte ermöglicht.

Das machen ja auch die Stringser, ich habe das ja auch schon mal im Forum erzählt, wie das geht.

Gruß

Wilfried

[gravi]

Ich danke für Eure Meinungen und Erläuterungen!

Ein wenig mehr Klarheit hat die Diskussion hier nun doch zu Tage gebracht - für mich jedenfalls hat es sich gelohnt!

Meine Wünsche für das neue Jahr verschiebe ich in den OffTopic- Bereich

Beste Grüße und nochmals Danke
gravi

[AlTheKingBundy]

hallo wilfried,

ich bezog mich auf deinen satz

Beim Magnetismus haben wir es mit Quantenmechanik zu tun

das ist dann richtig, wenn du NICHT im allgemeinen die maxwellgleichungen, die das magnetfeld beschreiben meinst, sondern z.b. die elementarmagnetischen dipole, die z.b. am spin festgemacht werden können.

maxwell beschreibt die äußeren magnetfelder. die inneren, die durch stoffeigenschaften bedingt sind, finden in der stoffkonstanten der relativen permaibilität µr ihrer berücksichtigung, die durchaus quantenmechanisch betrachtet werden muss. die magnetische flussdichte B ist nämlich:

B = µ0*µr*H

wobei H das magnetfeld ist, was z.b. durch ströme in leitern verursacht wird und B das wirklich messbare feld, welches die ströme + innere stoffeffekte berücksichtigt.

wahrscheinlich meintest du es so, oder?

[wilfried]

Lieber Al,

so meinte ih das.

Dir ein ganz tolles und erfolgreiches und glückliches Neue Jahr

Wilfried

[Ray Light]

Hallo zusammen,

ich wünsche allen Forenmitgliedern und Lesern alles Gute für 2007!

Ich möchte gerne zunächst ein paar Eurer Postings kommentieren und abschließend einen neuen Aspekt einbringen:

@breaker (posting 17.11.)
Die Elementarmagnete sind eine sehr nützliche Hilfsvorstellung. Physikalisch handelt es sich letztlich dabei um die Spins der Elektronen.

@Al (posting 18.11.)
Die Maxwellgleichungen können aus der Einstein-Maxwell-Wirkung im Rahmen der klassischen Feldtheorie hergeleitet werden.

@gravi (posting 29.12.)
Aus der Sicht der Relativitätstheorie sind elektrische und magnetische Felder "verwandt". Es hängt vom Bewegungszustand des Beobachters ab, welches Feld er sieht: Nehmen wir das elektrische Feld einer Metallkugel im Raum, das ein ruhender Beobachter "auf der Kugel sieht" (Elektrostatik). Es wird für einen relativ bewegten Beobachter zu einer magnetischen (!) Feld. Technisch findet man das, wenn man eine Lorentz-Transformation in das bewegte Systems, also eines relativ gegenüber der Kugel gleichförmig bewegten Beobachters, durchführt.
Das rechtfertigt die Bezeichnung Elektromagnetismus auf tiefsinnige Weise.
Wenn man den Elektromagnetismus quantisiert, mündet das in die Quantenelektrodynamik. Erst wenn man diese schwierige Prozedur durchgeführt hat, darf man vom Photon sprechen, dem Austauschquant (Eichboson) der elektromagnetischen Kraft.

@wilfried (posting 30.12.)
Spin ist tatsächlich eine relativistische Eigenschaft! Quantenmechanik allein reicht nicht aus, man benötigt zur Herleitung des Spins die relativistische Quantenmechanik (Dirac-Theorie). Anleitung: Aus dem klassischen, relativistischen Energiesatz ("relativistischer Pythagoras") folgt über die Korrespondenzregeln der Operatoren die Klein-Gordon-Gleichung, die in die Dirac-Gleichung überführt werden kann. Ihre Lösungen sind Elektronen und Positronen (Dirac entdeckte Antimaterie!) mit Spin.

@Al (posting 30.12.)
Die klassische Elektrodynamik nach Maxwell erlaubt eine Beschreibung elektrischer und magnetischer Felder, ihre Umwandlung ineinander und sogar die Herleitung der kontinuierlichen, elektromagnetischen Wellen (das sind aber keine Photonen, da nicht quantisiert!).
Maxwells Theorie gestattet es jedoch nicht, den Magnetismus von Festkörpern zu verstehen, denn hier kommt der Elektronenspin ins Spiel, der nur relativistisch und quantenmechanisch abzuleiten ist.

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Woher kommt das Phänomen Magnetismus?
In der Festkörperphysik beschreibt man die komplizierten Mehrelektronensysteme ("Atome") mit der Hartree-Fock-Theorie. In den Hartree-Fock-Gleichungen (im Prinzip Schrödinger-Gleichungen für Mehrelektronensysteme plus Wechselwirkungsterme) treten Austauschterme auf, die das Phänomen Magnetismus erklären.

Im Festkörper stellen sich die Spins der Elektronen auch spontan, d.h. ohne äußere Einwirkung, in eine bestimmte Richtung. Die Bereiche, in den sie zufällig parallel sind, heißen übrigens gerade Weisssche Bezirke.

Das Pauli-Prinzip hält Elektronen mit parallelem Spin "auf Abstand". Größerer Abstand bedeutet, dass die potentielle Energie der Elektronen abnimmt (vergleiche Coulomb-Gesetz). Anders gesagt: benachbarte Elektronen mit parallelem Spin ziehen sich effektiv an. Durch die parallelen Spins müssen jedoch die Elektronen immer höhere Energieniveaus besetzen: Ihre kinetische Energie nimmt demnach zu.
Wenn die Abnahme der potentiellen Energie die Zunahme der kinetischen Energie übertrifft, stellen sich die Elektronenspins spontan parallel: das ist eine spontane Magnetisierung.
Wenn die Abnahme der potentiellen Energie kleiner ist als die Zunahme der kinetischen Energie, stellen sich gleich viele Elektronenspins "rauf und runter" ein: der Festkörper ist unmagnetisch. (Quelle: Nolting, Grundkurs: Theoretische Physik, Band 5: Quantenmechanik, Teil 2)

Gruß,
Ray