Dies ist die Physikseite
Die elektrische Wechselwirkung
Teil 2
Die Wechselwirkung geladener Teilchen miteinander
Wie hier bereits beschrieben, ´besteht´ unser elektrisches Feldmodell aus positiv oder negativ geprägten ITO. Die Prägung passiert bei der WW der ITO des Hintergrundes mit den geladenen Elementarteilchen. Was in den geladenen Elementarteilchen dabei konkret passiert, das belassen wir vorerst in einer Blackbox. Wir halten fest: in der Blackbox wird bei jedem Schwingungszyklus eine bestimmte Anzahl an ´neutralem´ Hintergrund-ITO in gleich viele ITO mit positivem oder negativem Eigendrehimpuls umgewandelt, wobei diese ITO danach einen entsprechend geringeren Bwegungsimpuls haben als zuvor. Die Anzahl der in der Blackbox veränderten ITO pro Zeiteinheit (Schwingungszyklus) entspricht der elektrischen Ladung des Teilchens.Bild unten: energetische neutrale Wechselwirkung (WW) neutraler ITO aus dem Hintergrund mit einem Elektron.
Die ITO aus dem lokalen Welthintergrund (grau-neutral) werden im Verlauf der WW zu negativen ITO (blau, links orientierter Drehimpuls).
Die vom Elektron radial ausgehenden negativ orientierten ITO-Ströme bilden den elektrischen Fluss, welcher das elektrische Feld aufspannt.
In neutraler Umgebung ist die Summe der an der Blackbox Elektron im Verlauf eines WW-Zyklus einwirkenden Impulse =0.
Der Gesamtimpuls eines ITO wird im Verlauf der WW nicht verändert (Pneurales ITO = Pnegatives ITO)
Die Physik heute versteht unter einem Feld eine Veränderung der Raumeigenschaften, die von einer Feldquelle ausgehend das Verhalten von geeigneten Probekörpern im diesem Raum beeinflussen. Die Feldwirkung nimmt dabei i.d.R. mit 1/r² zur Feldquelle ab.
Unser einfaches mechanisches Feldmodell bildet diesen Zusammenhang 1/r² schon einmal ab. Und es veranschaulicht auch den elektrischen Fluss aus den Maxwellschen Gleichungen. Das war der erste und wohl auch der einfachste Schritt.
Unser Ziel ist schließlich im Gedankenversuch nachvollziehen zu können, weshalb sich geladene Teilchen im elektrischen oder magnetischen Feld so benehmen, wie wir es beobachten. Und wir wollen auch die Rückwirkung geladener Teilchen auf diese Felder verstehen und wir wollen wissen, worauf die untrennbare Einheit von magnetischen und elektrischen Wirkung beruht. Und was die Relativbewegung damit zu tun hat.
-
Elektrisches Feld - Abstoßung
In diesen Raumausschnitt legen wir ein einzelnes geladenes Elementarteilchen. Der Wechselwirkungsprozess im Elementarteilchen (der Blackbox) wird die eintreffenden neutralen Hintergrund- ITO´s unablässig so verändern, dass sie danach weniger Impuls, dafür aber einen bestimmten und gerichteten Drehimpuls besitzen.
Bild unten: WW in der Blackbox Elektron: Ein neutrales ITO des Hintergrundes( grau) wird zu einem negativ geprägten, sich radial vom Elektron entfernenden ITO. Das geprägte ITO hat nun zwar weniger Bewegungsimpuls, dafür aber einejn der Ladung entsprechenden, gerichteten Drehimpuls (e- -> links)
Bild oben: Der unablässige Strom geprägter ITO entspricht dem elektrischer Fluss, der das elektrische Feld ´aufspannt´.
Der Fluss verläuft radial von der Feldquelle in den Raum. Die Drehachse der el. geprägten ITO zeigt in deren Bewegungsrichtung.
Im Bild unten gelb angelegt: Bereich der veränderten Impulsbilanz zwischen den Elektronen.
Neutrale Hintergrund-ITO (blau- kein bestimmter Drehimpuls) und die vom Elektron negativ geprägten ITO (blau) mit Drehimpuls links
These: die beiden
Elektronen wirken aufeinander ´abstoßend´, weil im Verlauf des
WW-Prozesses im Inneren der Elektronen jeweils der schwache
Bewegungsimpuls als auch der
Drehimpuls der ITO vom Gegenüber komplett gespiegelt wird. Der Fluss verläuft radial von der Feldquelle in den Raum. Die Drehachse der el. geprägten ITO zeigt in deren Bewegungsrichtung.
... und nun legen wir ein zweites Elektron in die Raumzelle
Bild unten: Zwei Elektronen nebeneinander Von beiden Elektronen geht
nun der
elektrische Fluss in den Raum - beide haben ihr negatives elektrisches
Feld aufgebaut. Für beide ist aber nun die Umgebung nicht mehr neutral.
Aus der Richtung des
jeweils gegenüber liegenden Elektrons kommen schließlich keine
neutralen, sondern
nur noch negativ
´geprägte´ ITO.
Bemerkung: In den beiden Bildern oben sind die Hintergrundimpulse nicht dargestellt. Es wird auch hier von einem neutralen Hintergrund ausgegangen, aber genau genommen müssten wir die Beeinflussung von fernen Elektronen - wenn auch schwach - in die Betrachtung einbeziehen. Genau das sagt z.B. auch die dafür zuständige Formel der QM. Für die Beschreibung hier ignorieren wir aber die anderen Elektronen. Betrachtet man Elektronen im Atomverband oder im Materialgefüge kann man das natürlich nicht tun. Dann kommen weitere Parameter ins Spiel, wie Orbitale und Quantenzahlen, da die Elektronenschwingungen ihre Wechselwirkung untereinander und mit dem Hintergrund fein abstimmen müssen, um stabil bleiben zu können.
Bemerkung: In den beiden Bildern oben sind die Hintergrundimpulse nicht dargestellt. Es wird auch hier von einem neutralen Hintergrund ausgegangen, aber genau genommen müssten wir die Beeinflussung von fernen Elektronen - wenn auch schwach - in die Betrachtung einbeziehen. Genau das sagt z.B. auch die dafür zuständige Formel der QM. Für die Beschreibung hier ignorieren wir aber die anderen Elektronen. Betrachtet man Elektronen im Atomverband oder im Materialgefüge kann man das natürlich nicht tun. Dann kommen weitere Parameter ins Spiel, wie Orbitale und Quantenzahlen, da die Elektronenschwingungen ihre Wechselwirkung untereinander und mit dem Hintergrund fein abstimmen müssen, um stabil bleiben zu können.
Im Bild unten gelb angelegt: Bereich der veränderten Impulsbilanz zwischen den Elektronen.
Neutrale Hintergrund-ITO (blau- kein bestimmter Drehimpuls) und die vom Elektron negativ geprägten ITO (blau) mit Drehimpuls links
Begründung: Das Spiegeln des Drehimpulses bereits negativ orientierter ITO vermittelt doppelt so viel Impuls am wechselwirkenden Elektron, wie zuvor beim Elektron gegenüber bei der Wandlung des Bewegungsimpulses eines neutralen ITO in Drehimpuls ´transformiert´ wurde.
Der Impulsdruck zwischen den Elektronen ist deshalb größer als der aus der WW mit den neutralen Hintergrundobjekten am Elektron resultierende Impulsdruck.
Man kann das Geschehen in der Blackbox zum Beispiel in 3 Schritten beschreiben, die aber tatsächlich zeitlich parallel ablaufen müssen.
1. Der
Bewegungsimpuls der ITO wird gespiegelt. Der dabei der Blackbox Elektron
vermittelte Impuls ist um den Drehimpulsanteil geringer, als der vom
neutralen Hintergrund-ITO bei WW mit dem Elektron diesen vermittelte Impuls.
2. Die Eigenrotation der ITO von Gegenüber wird ´gestoppt´. Dabei wird der Blackbox Elektron der Impuls vermittelt, der dem Impuls entspricht, der bei der WW eines neutralen Hintergrund-ITO mit dem Elektron in Drehimpuls transformiert wurde.
Verglichen mit dem Impulsen der Hintergrund-ITO würde nach dem einfachen Stoppen des Drehimpulses eines elektrisch geprägten ITO am Elektron eine ausgeglichene Impulsbilanz herrschen. Aber von diesem Elektron würden nun neutrale ITO in den Raum gehen! Ein Elektron muss aber einen negativen elektrischen Fluss zu erzeugen, um ein elektrisches Feld aufzubauen, deshalb muss
3. dem nichtrotierenden ITO in der Blackbox Elektron nun noch die negative Prägung vermittelt werden. Der dabei an der Blackbox Elektron resultierende Impuls ist wieder gleich dem Impuls, welcher bei der Prägung neutraler ITO deren Bewegungimpuls ´entnommen´ wurde.
Wir müssen also bei der Spiegelung des Drehimpulses den an der Blackbox wirkenden Impuls zweimal in Rechnung stellen, während dies bei neutralen Hintergundobjekten nur einmal geschieht. Deswegen ist der Impulsdruck zwischen den beiden Elektronen größer als der Impulsdruck aus der WW mit ITO des lokalen Welthintergrundes.
Es ergibt sich damit eine wechselseitige abstossende Kraft, die von der elektrischen Ladung der Teilchen abhängt und die mit dem Abstand der Elektronen zueinander mit 1/r² abnimmt. Die Gleichung ist als Gaußsches Gesetzt bekannt - oder als erste Maxwellsche Gleichung.
2. Die Eigenrotation der ITO von Gegenüber wird ´gestoppt´. Dabei wird der Blackbox Elektron der Impuls vermittelt, der dem Impuls entspricht, der bei der WW eines neutralen Hintergrund-ITO mit dem Elektron in Drehimpuls transformiert wurde.
Verglichen mit dem Impulsen der Hintergrund-ITO würde nach dem einfachen Stoppen des Drehimpulses eines elektrisch geprägten ITO am Elektron eine ausgeglichene Impulsbilanz herrschen. Aber von diesem Elektron würden nun neutrale ITO in den Raum gehen! Ein Elektron muss aber einen negativen elektrischen Fluss zu erzeugen, um ein elektrisches Feld aufzubauen, deshalb muss
3. dem nichtrotierenden ITO in der Blackbox Elektron nun noch die negative Prägung vermittelt werden. Der dabei an der Blackbox Elektron resultierende Impuls ist wieder gleich dem Impuls, welcher bei der Prägung neutraler ITO deren Bewegungimpuls ´entnommen´ wurde.
Wir müssen also bei der Spiegelung des Drehimpulses den an der Blackbox wirkenden Impuls zweimal in Rechnung stellen, während dies bei neutralen Hintergundobjekten nur einmal geschieht. Deswegen ist der Impulsdruck zwischen den beiden Elektronen größer als der Impulsdruck aus der WW mit ITO des lokalen Welthintergrundes.
Es ergibt sich damit eine wechselseitige abstossende Kraft, die von der elektrischen Ladung der Teilchen abhängt und die mit dem Abstand der Elektronen zueinander mit 1/r² abnimmt. Die Gleichung ist als Gaußsches Gesetzt bekannt - oder als erste Maxwellsche Gleichung.
Bild: Zwei gleich geladene Elementarteilchen werden einander also abstoßen.
Der gelb angelegte Bereich zeigt den über die Oberfläche des Elektrons jeweils erhöhten Impulsdruck.
2. Elektrisches Feld - Anziehung
Die Darstellung unten zeigt nun zwei gegensätzlich geladene Teilchen und den von ihnen ausgehenden elektrischen Fluss. Der negative Fluss wird durch die blaue ITO (linksdrehend in Bewegungsrichtung) dargestellt, während die positiv geprägten ITO (rechtsdrehend) orange sind.Bild: Feld um gegensätzlich geladene Teilchen (in einer Ebene)
Bei gegensätzlich geladenen Teilchen haben die jeweils vom gegenüberliegenden Ladungsträger kommenden ITO bereits nach der Spiegelung des Bewegungsimpulses in der Blackbox die richtige elektrische ´Prägung´ - Rotationsrichtung.
Bei dieser WW wirkt an den beiden Blackboxen Elektron und Proton demnach nur der geschwächte Bewegungsimpuls der ITO.
Bild unten: Spiegelung Bewegungsimpuls am Elektron - Drehimpuls bleibt unverändert
Verglichen mit dem Impulsdruck der
neutralen
Hintergrund-ITO ist der
sich zwischen den Elementarteilchen ausbildende Impulsdruck (gelb
angelegt) nun geringer als der Impulsdruck aus der neutralen
Umgebung -> beide werden zueinander gepusht.
Zusammenfassung:
Ist der Gesamtimpuls über die Oberfläche einer Elementarteilchenschwingung nicht ausgeglichen, resultiert am Teilchen über einen Schwingungszyklus eine Kraft - es wird beschleunigt.
Je nachdem, ob infolge der Wechselwirkung mit den ITO von Gegenüber der resultierende Impuls größer oder kleiner ist als der Impulsdruck der neutralen Hintergrundobjekte, werden sich gleich geladene Ladungsquellen voneinander entfernen und sich gegensätzlich geladenen Teilchen einander annähern. Die Intensität der Abstoßungs- oder Anziehungskraft an einem Raumpunkt hängt von der Ladung der Teilchen ab und dem Verhältnis 1/r² der Entfernung zueinander.
In der üblichen Interpretation der Ersten Maxwellschen Gleichung sind diese Wirkungen eine Folge der von den Ladungsquellen ausgehenden Veränderungen der Raumeigenschaften.
Im mechanischen Feldmodell hier ist es die Impulsdifferenz, welche gegensätzlich geladene Teilchen zueinander drängt oder gleich geladene Teilchen auseinander streben lässt. Die an den Teilchen resultierenden ´Kräfte´ (F=dp/dt) sind in beiden Interpretationen gleich.
Soviel zur hier isoliert betrachteten ´rein´ elektrischer Wechselwirkung (Divergenz). Der schwieriger darzustellende, aber untrennbare Zusammenhang der ´rein´ elektrischen Wirkungen mit den magnetischen Wirkungen (ROT) tritt bei zueinander bewegten Ladungen zu Tage. Dazu kommen wir hier. Und später komen wir vielleicht noch zum Kreisstrom, den Permanentmagneten und elektromagnetische Wellen.
Übrigens: Eine sehr schöne Visualisierung der Aussagen der Maxwellschen Gleichungen mit Darstellung der Entwicklung von Kräften im Raum findet ihr hier als java applet und - hier als video von 3blue1brown - natürlich ohne ITO´s - aber seht selbst, was als Hilfsmittel dient.