Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

Induzierte elektrische Felder führen zu einem grundsätzlich anderen Verständnis von Potentialen als solche Felder, die durch Ladungstrennung, wie z.B. in einem Plattenkondensator entstehen. In einem Kondensator gibt es einen klaren Verlauf des elektrischen Potentials. An einer Platte hat das Potential ein Minimum und an der anderen Platte hat es ein Maximum. Das führt dann auch zu der Idee, dass Ladungen in einem solchen Potential ihre potentielle Energie sozusagen mit sich führen und automatisch an ihre Position zwischen den Platten anpassen.
Wenn wir jedoch nun ein ringförmiges induziertes elektrisches Feld betrachten, dann können wir nicht mehr einer Position auf dem Ring ein Potentialminimum oder Maximum zuordnen. Einer Ladung in einem solchen ringförmigen Feldverlauf können wir daher grundsätzlich keine potentielle Energie zuordnen.

Daraus können wir nun folgern, daß die Zuordnung von potentieller Energie zu Probekörpern grundsätzlich fragwürdig ist, da ein Probekörper an seiner aktuellen Position nicht entscheiden kann ob er sich in einem zyklischen (quellenfreien) oder in einem Gradientenfeld (einem rotationsfreien Feld) befindet.

Wolfgang24-1 schrieb:

ein ringförmiges induziertes elektrisches Feld

Was ist das? Sowas gibt es nicht.

Wolfgang24-1 schrieb:

Bei einem induzierten Feld gibt es z.B. kein Potentialminimum. Längs einer geschlossenen Feldlinie gibt es jedoch eine Potentialdifferenz.

Meinst Du ein Magnetfeld? Es gibt keine geschlossenen elektrischen Feldlinien.

Wolfgang24-1 schrieb:

aktive Elemente (Gleichrichter und Transistoren, die Schalter abbilden)

Dioden sind keine "aktiven" Elemente, sondern passiv.

Ein Trafo funktioniert jedenfalls nicht ohne Wechselstrom. Du vergleichst Birnen mit einem Gemüsekorb.

Wolfgang24-1 schrieb:

Induzierte elektrische Felder sind quellfrei. Die Feldlinien von quellfreien Feldern sind ringförmig geschlossen.

Das ist einfach nur Unsinn. Du verwechselst elektrisches Feld mit magnetischem Feld. Das magnetische Feld ist quellfrei (solang man keine magnetischen Monopole findet jedenfalls)
Das elektrische Feld, das senkrecht dazu steht, ist es nicht!

Wolfgang24-1 schrieb:

Mir scheint, dass du tatsächlich den Unterschied zwischen aktiven und passiven Schaltelementen nicht zu kennen scheinst.

Ich kenne den Unterschied zwischen Transistor und Diode. Transistoren werden oft "aktiv" genannt, aber in einem ganz anderen Kontext.

Wolfgang24-1 schrieb:

Der Unterschied ist ganz einfach, aktive Schaltelemente wie Dioden oder Transistoren verbrauchen für ihren Betrieb immer elektrische Leistung,

Das ist Falsch! Du scheinst keine Ahnung zu haben wie ein Mosfet funktioniert.
Transistoren wie sie (inzwischen) billionenfach auf Prozessorchips zu finden sind verbrauchen nur während eines Schaltvorgangs Leistung und auch das nur dann wenn sich das Potential am Ausgang ändert. Sonst nicht!
Sie verbrauchen dabei auch nur deshalb Leistung weil Ladungen umgeladen werden.

Verwechselst du das etwa mit Transistoren im Analog-Betrieb die etwa in der Mitte zwischen voll gesperrt und voll durchgängig im linearen Teil ihrer Kennline als Verstärker betrieben werden?

Wolfgang24-1 schrieb:

Passive Bauteile wie Kondensatoren oder Spulen verbrauchen ohne Stromfluss nichts.

Ohne Stromfluss verbraucht nixhts Strom, egal was für ein Bauteil du hast. Ohne Stromfluss funktioniert auch dein Trafo nicht^^
Und... lese ich da gerade "Kondensator"? Jo mei.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eine Diode verbraucht beispielsweise auch im Sperrbetrieb elektrische Leistung.

Nichtmal davon hast du Ahnung. Das ist wiedermal totaler Quark.
Wenn kein Strom fliest (I=0) dann auch keine Leistung.

Ach weist, das wird mir jetzt zu blöde.

Ich empfehle erneut ein paar Lektionen 8.02x - MIT Physics II: Electricity and Magnetism von Prof. Walter Levin.
www.youtube.com/playlist?list=PLyQSN7X0r...4mKyUiOILaOC2hk6Pc3j

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

ein ringförmiges induziertes elektrisches Feld

Was ist das? Sowas gibt es nicht.
Schau dir mal das Induktionsgesetz an:
Differentiell:∇xE=∂B/∂​​​​​​​t, physikalisch: U=dɸ/dt mit ɸ=∫​​​​​​​BdA. B ist die magnetische Induktion.
In Worten sagt das Induktionsgesetz aus, dass sich die in eine Leiterschleife induzierte Spannung U aus der Änderung des magnetischen Flusses ɸ durch die von der Schleife umschlossenen Fläche A ergibt.

Wolfgang24-1 schrieb:

Bei einem induzierten Feld gibt es z.B. kein Potentialminimum. Längs einer geschlossenen Feldlinie gibt es jedoch eine Potentialdifferenz.

Meinst Du ein Magnetfeld? Es gibt keine geschlossenen elektrischen Feldlinien.
Die elektrischen Feldlinien eines induzierten Feldes sind geschlossene Kurven.
Die Vektoranalysis beschreibt zwei Arten von Vektorfeldern. Zum Einen sind das Gradientenfelder X. Für die gilt X=grad U und rot X=rot grad U=0. Dann gibt es noch divergenzfreie Vektorfelder Y, div Y=0, aber rot Y ≠ 0. Diese Vektorfelder zeichnen sich durch geschlossene Feldlinien aus. Alle induzierten elektrischen Felder sind divergenzfrei. Der Differentialoperator "rot" oder  "∇x" bewertet die "Geschlossenheit" des Feldlinienverlaufs. Ein geschlossener Verlauf  der Feldlinien des Vektorfeldes Y zeichnet sich durch ∇xY≠ 0 aus.
Im Übrigen ist das reine Mathematik und keine Erfindung von mir. Du kannst das in allen Lehrbüchern über Vektoranalysis genau so nachlesen. Aus deiner Behauptung, dass es das nicht gäbe, kann man bei dir jedoch auf eine signifikante Wissenslücke schließen.

Wolfgang24-1 schrieb:

aktive Elemente (Gleichrichter und Transistoren, die Schalter abbilden)

Dioden sind keine "aktiven" Elemente, sondern passiv.
Natürlich sind Dioden aktive Elemente. Wenn sie nicht vom Strom durchflossen werden, haben sie keine Sperrwirkung. Dioden sind wichtige Bauelemente bei der Signalverarbeitung und werden dort in einem bestimmten Arbeitsbereich eingesetzt. In diesem Arbeitsbereich sind sie einer Sperrspannung ausgesetzt und haben dadurch lineare Eigenschaften bei der Signalverarbeitung.
Wenn sie ständig zwischen Sperren und Durchlassen wechseln würden, dann würde sich die nichtlineare Kennlinie im Wechselbereich negativ auf die Signalqualität auswirken.
Ein Trafo funktioniert jedenfalls nicht ohne Wechselstrom.
Ja, das ist richtig. Die Wirkweise eines Transformators basiert auf Induktion. 
Du vergleichst Birnen mit einem Gemüsekorb.
Es sieht jedoch eher so aus, dass du von den hier relevanten Sachverhalten keine Ahnung hast, und dir daher alles wie ein Gemüsekorb vorkommt.
 

Wolfgang24-1 schrieb:

Die elektrischen Feldlinien eines induzierten Feldes sind geschlossene Kurven.

Mach doch mal ne Skizze, oder hast Du sowas schonmal irgendwo gesehen?

Vermutlich meinst Du die elektromagnetische Induktion.

Die elektromagnetische Induktion ist ein Vorgang, bei dem durch Bewegung eines elektrischen Leiters im Magnetfeld oder durch Änderung des von einem Leiter umschlossenen Magnetfeldes eine elektrische Spannung und ein Stromfluss erzeugt werden.

Das Magnetfeld zwingt bewegte Ladungen zur Rotation. Es gibt aber keine geschlossenen elektrischen Feldlinien. Das hat ja überhaupt nichts damit zu tun.
Mangetismus zwingt kein ruhendes Elektron, im Kreis herum zu rotieren. Das ist keine kreisrunde Feldlinie. Es gibt auch keine spiralförmige Feldlinie.

studyflix.de/elektrotechnik/spule-und-induktion-267
So wird das Magnetfeld durch (kresiförmigen) Stromfluss erzeugt, ein Magnet erzeugt aber keinen Stromfluss, sondern nur ein veränderliches Magnetfeld vermag dies. Das Magnetfeld wird ja durch jeden Leiter erzeugt (rechte Hand Regel), egal ob geradlinig oder kreisförmig, dann addiert es sich nur so schön.

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Die elektrischen Feldlinien eines induzierten Feldes sind geschlossene Kurven.

Mach doch mal ne Skizze, oder hast Du sowas schonmal irgendwo gesehen?

Vermutlich meinst Du die elektromagnetische Induktion.

Die elektromagnetische Induktion ist ein Vorgang, bei dem durch Bewegung eines elektrischen Leiters im Magnetfeld oder durch Änderung des von einem Leiter umschlossenen Magnetfeldes eine elektrische Spannung und ein Stromfluss erzeugt werden.

Das Magnetfeld zwingt bewegte Ladungen zur Rotation. Es gibt aber keine geschlossenen elektrischen Feldlinien. Das hat ja überhaupt nichts damit zu tun.
Mangetismus zwingt kein ruhendes Elektron, im Kreis herum zu rotieren. Das ist keine kreisrunde Feldlinie. Es gibt auch keine spiralförmige Feldlinie.

studyflix.de/elektrotechnik/spule-und-induktion-267
So wird das Magnetfeld durch (kresiförmigen) Stromfluss erzeugt, ein Magnet erzeugt aber keinen Stromfluss, sondern nur ein veränderliches Magnetfeld vermag dies. Das Magnetfeld wird ja durch jeden Leiter erzeugt (rechte Hand Regel), egal ob geradlinig oder kreisförmig, dann addiert es sich nur so schön.

Schau dir mal Lektion 17 (über Induktion) der Vortragsreihe an, von der Merilix wohl zurecht überzeugt ist.
8.02x - Lect 16 - Electromagnetic Induction, Faraday's Law, Lenz Law, SUPER DEMO (youtube.com)

Die Vortragsreihe ist: MIT Physics II: Electricity and Magnetism von Prof. Walter Levin.
www.youtube.com/playlist?list=PLyQSN7X0r...4mKyUiOILaOC2hk6Pc3j

Meine Vermutung ist jedoch, dass Merilix noch nicht bis Lektion 17 gekommen ist weil Professor Levin in dieser Lektion genau das erzählt, das ich beschrieben hatte.

Wolfgang24-1 schrieb:

Schau dir mal Lektion 17 (über Induktion) der Vortragsreihe an, von der Merilix wohl zurecht überzeugt ist.

Kannst Du die Stelle im Video näher bezeichnen?

Faraday beschreibt magnetische Kräfte.

Rainer Raisch schrieb:

Fm = ΦB.i·ΦB.ii/(4π·r²μ) Faraday-Kraft
ΦB magnet.Induktionsfluss der beiden Magnete, dies ist das magnetische Skalarfeld oder auch skalare Polstärke
ΦB = A¹·B¹
 

 

Rainer Raisch schrieb:

Wolfgang24-1 schrieb:

Schau dir mal Lektion 17 (über Induktion) der Vortragsreihe an, von der Merilix wohl zurecht überzeugt ist.

Kannst Du die Stelle im Video näher bezeichnen?

Faraday beschreibt magnetische Kräfte.

Rainer Raisch schrieb:

Fm = ΦB.i·ΦB.ii/(4π·r²μ) Faraday-Kraft
ΦB magnet.Induktionsfluss der beiden Magnete, dies ist das magnetische Skalarfeld oder auch skalare Polstärke
ΦB = A¹·B¹

 

 

Ja, in seinem wesentlich kürzeren Vortrag Nummer 39 ("Is Kirchhoffs rule for the birds") kommt Professor Lewin speziell nochmals auf die Schlüsselstelle zurück. Dabei erklärt er, dass sogar viele Physiklehrer (vermutlich zumindest in den USA oder auch in den Niederlanden) die entscheidenden Konsequenzen der Induktion nicht verstanden haben.
Diese Konsequenzen bestehen darin, dass induzierte elektrische Felder im Gegensatz zu gradientenbasierten Feldern nicht konservativ sind. Wegintegrale über induzierte elektrische Felder hängen daher vom Verlauf des Weges ab. In diesem Vortrag Nr 39 geht er sehr detailliert auf genau diesen Punkt ein und er erklärt auch, was viele Physiklehrer falsch machen, indem sie die Kirchhoffsche Regel über das Faraday'sche Induktionsgesetz stellen.
Die mathematischen Grundlagen findest du übrigens sehr kompakt unter dem Stichwort "Helmholtz-Theorem".

Wolfgang24-1 schrieb:

induzierte elektrische Felder im Gegensatz zu gradientenbasierten Feldern nicht konservativ sind

Das hatten wir schon, das ist ja (fast zwingend) logisch, bei zeitlich veränderlichen Feldern.
 

Wolfgang24-1 schrieb:

wesentlich kürzeren Vortrag Nummer 39 ("Is Kirchhoffs rule for the birds")

Das ist nicht Teil der Reihe.



Hier ist die entsprechende Vorlesung in der Reihe, achso das war ja oben schon nur versehentlich stand 17 darüber.

Rainer Raisch schrieb:

Kannst Du die Stelle im Video näher bezeichnen?

Der verblüffende Teil beginnt hier .
Das Ohmsche Gesetz steht zwar falsch an der Tafel (Lewin hat's auch irgendwann gemerkt), aber das ist unwichtig.

Wolfgang24-1 schrieb:

dass induzierte elektrische Felder im Gegensatz zu gradientenbasierten Feldern nicht konservativ sind. Wegintegrale über induzierte elektrische Felder hängen daher vom Verlauf des Weges ab. 

Das ist wirklich verblüffend bei Lewins Schaltung: Misst man die Spannung rechts im Schaltkreis, dann ist sie 0,9 V, von denselben Punkten abgegriffen aber links im Schaltkreis gemessen, sind es -0,1 V, WTF?

Aber schon irgendwie logisch, es wurde ja vorher erklärt: Die Richtung vom magn. Fluss bestimmt die Richtung des Stroms im Leiter. Diese weist auf der rechten Seite der Fläche von oben nach unten (Spannung positiv bei 900 Ω) und auf der linken Seite von unten nach oben (Spannung negativ bei 100 Ω)...

@Wolfgang: Trotzdem sind die el. Feldlinien nicht geschlossen. Man muss ja das Ringintegral bilden, also die einzelnen kleinen el. Felder im Draht addieren, und so hat man es lediglich mit einer Spannungskaskade zu tun, die im einzelnen doch durch die einzelnen Ladungsträger im Draht entsteht, also durch viele nicht geschlossene elektrische Felder. Lewin spricht ja auch immer von einem EMF (el.magn.Feld?). Das Ganze ist nicht einfach ein elektrisches Feld.
 
 

Steinzeit-Astronom schrieb:

Misst man die Spannung rechts im Schaltkreis

Der Unterschied liegt darin, in welcher Position sich das Messgerät befindet, innerhalb der Felder, bzw wie sich die Verbindungsdrähte darin befinden.

Niimmt man zB Parallelschaltung an, dann kann rechts der Parallelwiderstand anders sein als links. Es wird ja in Wahrheit nicht die Spannung gemessen, sondern der Stromfluss, der sich hier kreisförmig gewegt.

@Rainer: Genau das sage ich doch.

Steinzeit-Astronom schrieb:

@Rainer: Genau das sage ich doch.

Ja, sollte keine Kritik sein, sondern Präzisierung
Du hast Lektion 16 auch schneller gefunden als ich.
Achso das war ja oben schon nur stand bei Wolfgang versehentlich 17 darüber.

Steinzeit-Astronom schrieb:

EMF (el.magn.Feld?).

EMF = Electromotive Force = Spannung U im Englischen V mit der Einheit J/C=V
wiki
Die elektromotorische Kraft (EMK) (engl. Electromotive Force (EMF)) ist eine historisch gewachsene Bezeichnung für die Quellenspannung einer elektrischen Spannungsquelle . Ein weiteres veraltetes Synonym ist Urspannung.

In electromagnetism and electronics, electromotive force (also electromotance, abbreviated emf

Der Begriff „elektromotorische Kraft“ beschreibt trotz seiner Bezeichnung keine Kraft im physikalischen Sinn, sondern eine elektrische Spannung. Der Begriff kommt in der Liste physikalischer Größen sowie in Übersichts-Normen wie DIN[2] und EN[3] nicht vor; im IEV der IEC[1] wird die EMK als „abgelehnte“ und „veraltete“ Bezeichnung aufgeführt; verwendet werden soll allein „Quellenspannung“ (engl. source voltage oder source tension).

Steinzeit-Astronom schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

Kannst Du die Stelle im Video näher bezeichnen?

Der verblüffende Teil beginnt hier .
Das Ohmsche Gesetz steht zwar falsch an der Tafel (Lewin hat's auch irgendwann gemerkt), aber das ist unwichtig.

Wolfgang24-1 schrieb:

dass induzierte elektrische Felder im Gegensatz zu gradientenbasierten Feldern nicht konservativ sind. Wegintegrale über induzierte elektrische Felder hängen daher vom Verlauf des Weges ab. 

Das ist wirklich verblüffend bei Lewins Schaltung: Misst man die Spannung rechts im Schaltkreis, dann ist sie 0,9 V, von denselben Punkten abgegriffen aber links im Schaltkreis gemessen, sind es -0,1 V, WTF?

Aber schon irgendwie logisch, es wurde ja vorher erklärt: Die Richtung vom magn. Fluss bestimmt die Richtung des Stroms im Leiter. Diese weist auf der rechten Seite der Fläche von oben nach unten (Spannung positiv bei 900 Ω) und auf der linken Seite von unten nach oben (Spannung negativ bei 100 Ω)...

@Wolfgang: Trotzdem sind die el. Feldlinien nicht geschlossen. Man muss ja das Ringintegral bilden, also die einzelnen kleinen el. Felder im Draht addieren, und so hat man es lediglich mit einer Spannungskaskade zu tun, die im einzelnen doch durch die einzelnen Ladungsträger im Draht entsteht, also durch viele nicht geschlossene elektrische Felder. Lewin spricht ja auch immer von einem EMF (el.magn.Feld?). Das Ganze ist nicht einfach ein elektrisches Feld.
 

Doch, die Feldlinien vom induzierten Feld, nur um die geht es, sind geschlossen. Das mit den einzelnen kleinen elektrischen Feldern im Draht ist Unsinn und völlig abwegig.

www.emf.ethz.ch/de/emf-info/themen/physi...en-feldern/induktion


Induktion ist ein eigenständiges Phänomen, das nicht auf andere (elementarere) elektrische oder magnetische Phänomene bzw. Wirkungen und Kräfte zurückgeführt werden kann: ein sich in seiner Stärke veränderndes Magnetfeld generiert ein elektrisches Feld. Präziser ausgedrückt: Wenn sich die Flussdichte eines Magnetfeldes verändert, dann bewirkt diese Änderung ein elektrisches Wirbelfeld, das senkrecht auf der magnetischen Flussrichtung steht (Figur). 

Eine elektrische Ladung erfährt in einem elektrischen Wirbelfeld eine Kraft (elektromotorische Kraft), welche die Ladung auf einer geschlossenen Linie „kreisen“ lässt. Dabei gibt es keine Ladungstrennung wie bei einer elektrostatischen (oder Potenzial-) Spannung. Die hypothetische Spannung, welche die Ladung antreibt, nennt man „Ringspannung“. Befindet sich elektrisch leitfähiges Material in einem Wirbelfeld, so beobachtet man einen realen und messbaren kreisförmigen Ladungs- bzw. Stromfluss (Wirbelstrom, Kreisstrom), "angetrieben" durch die Ringspannung des elektrischen Wirbelfeldes.

Ein Wirbelfeld kann sich frei im 3-dimensionalen Raum ausbreiten. Dabei erzeugt es via Induktion automatisch sein "Geschwister-Wirbelfeld", und dieses wiederum sein "komplementäres" Feld, etc. Solche sich gegenseitig bedingenden / erzeugenden magnetischen und elektrischen Felder, die sich im Raum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, entsprechen nichts anderem als einer elektromagnetischen Welle

Wolfgang24-1 schrieb:

Doch, die Feldlinien vom induzierten Feld, nur um die geht es, sind geschlossen. Das mit den einzelnen kleinen elektrischen Feldern im Draht ist Unsinn und völlig abwegig.

Lewin erwähnt die einzelnen kleinen elektrischen Felder (das E mit dem Vektorpfeil) mindestens zwei mal. 
 

Wolfgang24-1 schrieb:

Meine Vermutung ist jedoch, dass Merilix noch nicht bis Lektion 17 gekommen ist weil Professor Levin in dieser Lektion genau das erzählt, das ich beschrieben hatte.



 

Falsche Vermutung, wie so einiges.
Ich habe se alle gesehen und verstanden. Wie Induktion funktioniert wissen wir. Deshalb können wir auch sagen das deine Schlussfolgerungen nicht korrekt sind.

Merilix schrieb:

Das ein Trafo pro Windung die Fläche vergrößert die durch die Leiterschleife eingeschlossen wird weis ich. Das ist aber keine Begründung dafür das es nicht auch anders geht (Spannungsvervielfachung).


 

Das hab ich geschrieben mit Levins berühmter "Kirchhoffs laws are for the birds" Demo im Sinne, dessen Erklährung eigentlich simpel ist wenn man das vorangegangene verstanden hat.

PS:
Wie Trafos funktionieren war nicht der Punkt der Diskussion sondern das du kategorisch ausgeschlossen hast das Spannungsvervielfachung auch anders geht um dich dann mit ebenso unhaltbaren Effizienz und Aktiv/Passiv Argumenten aus der Affäre zu ziehen. Sorry, aber ich vergesse den Kontext nicht so schnell^^

Steinzeit-Astronom schrieb:

Das ist wirklich verblüffend bei Lewins Schaltung: Misst man die Spannung rechts im Schaltkreis, dann ist sie 0,9 V, von denselben Punkten abgegriffen aber links im Schaltkreis gemessen, sind es -0,1 V, WTF?


 

Man muss sich eigenlich nur mal anschauen wie die Leiterschleifen zu den Messgeräten in Bezug zum induzierenden Magnetfeld verlaufen.
Die Spannung wird nicht einfach nur abgegriffen. Die Messleitungen werden mMn Teil der Schaltung.