Warum ziehen sich Magnete an?

Beste Antwort

Eigentlich ist das gar nicht so schwer.

Wenn Du Physik studierst, dann weißt Du spätestens aus der Elektrodynamik Vorlesung (siehe z.B. Jackson, Fließbach, Nolting,...), dass die Magnetfelder (gemäß Maxwell) nur Wirbelfelder von elektrischen Strömen sind.
Daher kann man jedem Magneten ein magnetisches Moment zuordnen. Da Du Physik-Student bist, bleibe ich in LaTeX Notation und darin lautet die Definition des mag.Moments (m):
\vec{m} = \frac{1}{2} \int \mathrm{d}^3r [\vec{r} \times \vec{j}(\vec{r})]
Du musst also über den Leiter und die Stromdichte (j) integrieren. \times soll das Vektorprodukt darstellen.

Nun kannst Du ganz einfach berechnen, welches Drehmoment (M) auf Deinen Leiter (z.B. die Spule) wirkt, wenn es in ein äußeres Magnetfeld (mit B der magn.Flussdichte) gebracht wird, nämlich:
vec{M}=\vec{m} \times \vec{B}

Damit ist klar, warum es zur Abstoßung kommt. Denn Dein Leiter wird sich immer versuchen parallel zum Magnetfeld auszurichten um seine Energie zu minimieren. Denn Drehmoment verschwindet, wie man leicht sehen kann, wenn \vec{m} colinear zu \vec{B} ist.

Gruss Boson...Mehr anzeigen

Du willst eine tiefgründige Antwort? OK. Ich promoviere gerade in Physik und was man erst so langsam im Laufe des Studiums begreift, ist das alle magnetischen Phänomene relativistischen Ursprungs sind: Es gibt zwei Arten Magnetfelder zu erzeugen. Die eine ist durch bewegte Ladungen die andere durch den Spin der Elementarteilchen. Bei "bewegt" sollte schon ein kleines Glöckchen im Kopf eines Physikers anfangen zu läuten. Stell Dir einen Strom vor, indem Du Elektronen im "Gleichschritt" marschieren läßt. Nun packst Du eine weitere Ladung als "Zuschauer" neben diese Elektronenkette.

Je nach dem ob diese sich bewegen oder nicht sieht die zuschauende Ladung durch die relativistische Längendilatation einen anderen Abstand zwischen den Elektronen, und fühlt von daher ein anderes elektrisches Feld. Es müssen also im Falle bewegter Ladungen relativistischen Korrekturterme beachtet werden. Die kennen wir aber schon und nennen sie "magnetische Effekte". Jetzt sollte Dich auch nicht mehr wundern, daß die Lichtgeschwindigkeit c in allen Formeln die magnetische Effekte beschreiben auftaucht. Auch daß die Maxwell Gleichungen schon Lorentzinvariant waren, bevor man die Relativitätstheorie überhaupt kannte zeigt, daß diese schon relativistische Effekte korrekt berücksichtigt. Oder daß Licht ausgerechnet eine elektromagnetische Welle ist, ist dadurch etwas plausibler.

In diesem Fall ist die wirkende Kraft also ein relativistischer Korrekturfaktor (und da sage mal einer die Relativitätstheorie spiele in unserem Alltag keine Rolle ... ) Das wird einem im Physikstudium allerdings nicht so beigebracht, weil man in der mathematischen Formulierung nichts gewinnt, die Elektrodynamik sich historisch vor der Relativitätstheorie entwickelt hat, und die Studenten in der "klassischen" Formulierung schon genug Schwierigkeiten mit der E-Dynamik haben.

Die zweite Möglichkeit Magnetfelder zu erzeugen sind die Spins: Wenn man mal guckt wie die Spins in der Quantenmechanik auftauchen sieht man auch dort, daß es relativistische Effekte sind. Die Schrödingergleichung ist nicht Lorentzinvariant und beschreibt daher nicht den Spin. Erst als Dirac versuchte eine Lorentzinvariante Formulierung der Schrödingergleichung zu finden, stieß er auf ein merkwürdiges Phänomen: Aus einer Lösung der Schrödingergleichung wurden auf einmal vier Lösungen. Zwei davon haben zudem noch negative Energien. Damals war keiner so recht glücklich über dieses Ergebnis. Als man sich allerdings näher damit beschäftigte stellte sich schnell heraus, daß das genau richtig ist: Die vier Lösungen kommen daher, daß die Diracgleichung nicht nur ein Teilchen, sondern auch das dazugehörige Antiteilchen beschreibt (das sind die Teilchen mit der "negativen" Energie). Diese beiden haben sogar noch einen weiteren Freiheitsgrad: Den Spin, und um diesen zu beschreiben braucht man eine mehrkomponentige Wellenfunktion, und das sind eben die Spinoren, die die Lösungen der Diracgleichung sind.

Also auch hier taucht der Spin, der den Elementarteichen ein "eingebautes" magnetisches Moment verleiht auch erst auf, wenn man relativistisch rechnet.

Also alles in allem: Magnetismus ist eine relativistische Korrektur der Elektrostatik.

Falls Deine Frage sich allerdings garnicht so sehr auf Magnetismus bezog und Du nur wissen wolltest warum Potentiale Kräfte vermitteln: Das ist eher eine philosophische Frage und hat die Phsiker schon lange beschäftigt. Lange Zeit vertrat man die Meinung, daß Potentiale lediglich Rechenhilfen seien und die Kräfte (bzw. die Felder) die physikalische Realtät beschreiben. Das ist insofern problematisch, als z.B. beim Aharonov-Bohm Effekt ein Elektron ein feldfreies Gebiet durchlaufen kann und trotzdem das Meßergebnis davon abhängt ob es dabei ein Feld umlaufen hat oder nicht. Mathematisch muß man hier das Vektorpotential und eben nicht das Feld berücksichtigen. (Übrigens eine beliebte Frage in der Theorie Diplomprüfung, die Antwort ist daß ein Potential die Phase eines Elektrons verschieben kann, die man normalerweise nicht messen kann, beim Aharov Bohm Effekt mißt man aber eine Phasendifferenz und die ist wieder meßbar ... aber das führt wohl zu weit).

Hoffe Dir geholfen zu haben!...Mehr anzeigen

Man muss sich sehr oft diese Gedanken machen um so eine Frage zu stellen.
Die wirkende Kraft ist nur die **** der Macht.
Wenn die Macht sich durch Beeinflussung bemerkbar macht ist sie in die Kraft übergegangen und wurde zum Teil geschwächt. Der Einfluss auf eine Macht kann nur durch eine andere Macht ausgeübt werden.Beide lassen die Kräfte sich austauschen um neue Macht zu erringen. Auch können sie sich gegenseitig schwächen, und bleiben trotzdem eine Macht.
Wie auch Magnete....Mehr anzeigen

Das wird Dir zwar jetzt nicht wirklich weiterhelfen, aber:

Warum Magnete Kräfte aufeinander ausüben ist mir letztlich genau so unklar wie die Tatsache, warum Massen Kräfte aufeinander ausüben.
Streng genommen sind mir sogar "Kräfte" unklar. Man hilft sich mit so Formulierungen, dass man Kräfte nur an ihren Wirkungen erkennen kann usw.
Ist das nicht eigentlich ein Zeichen dafür, dass der menschliche Grips diese Erscheinungen einfach nicht verstehen KANN?

Vielleicht muss man sich einfach damit abfinden, dass es eben einfach so ist und man (der Mensch) nicht in der Lage ist, zu verstehen, warum das so ist....Mehr anzeigen

Sie stossen sich ab da beide negativ sind....Mehr anzeigen