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Modell elektromagnetischer Wechselwirkung

Teil 1, das ´rein´ elektrische Feld

1. Das elektrische Feld

Faradays Vorstellung vom Elektromagnetismus beruht auf für uns zwar unsichtbaren, aber trotzdem unablässig aus den positiven und negativen Quellen in den leeren Raum strömenden und diesen strukturierenden ´Wirkungen´. Die Strukturen wären unterschiedlich orientiert -links und rechts- und in Wechselwirkung mit anderen elektrisch geladenen Teilchen oder elektrischen Leitern führen sie zu den beobachteten Effekten, wie

der Abstoßung gleich geladener Teilchen voneinander,
der Anziehung gegensätzlich geladener Teilchen zueinander,
dem Verschiebungsstrom (Induktion)
dem Elektromagnetismus

Später fand Heinrich Herz noch elektromagnetische Wellen. Sie breiten sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit aus und es ist dabei gleichgültig, ob die Lichtquelle auf den Beobachter zukommt oder von ihm flieht: C= constant. Immer.
All diese direkten Erfahrungen und noch viel mehr werden von den Maxwellschen Gleichungen perfekt beschrieben. Für Faraday waren diese Gleichungen aber zu abstrakt, er fand in ihnen nichts, was er sich vorstellen konnte.

„Maxwell erkannte die Tragweite des Feldbegriffs sogar in einem allgemeineren Zusammenhang. ... Die Art, wie er Faradays physikalische Gedanken in Mathematik transformierte, schloss Abstraktionen ein, die viel fähigere Mathematiker als Faraday verwirrten. Für einige, wie Kelvin, waren Maxwells elektromagnetische Gleichungen unbefriedigend, weil sie nichts Konkretes boten, nichts, was sich veranschaulichen ließ. Sie waren einfach Zaubervorschriften, die die richtigen Antworten gaben.

John D. Barrow in: Die Natur der Natur, Ungesehene Welten; Spektrum Akademischer Verlag GmbH 1993

Auch bei Maxwell verändern die elektrischen Ladungen den Raum, breiten sich darin aus, bilden Felder und bewirken den Verschiebungsstrom. Aber es gibt bei Maxwell keine Strukturen oder Objekte, welche diese Wirkungen im leeren Raum übertragen. Elektromagnetische Wirkung verändert in der heutigen Interpretation einfach den Raum (oder das Vakuum).
Auch wenn in der RechteHandRegel noch vom Vermittler gesprochen wird: Ladungsquellen verändern zwar den Raum und Änderungen der Ladung breitet sich mit c in diesem Raum radial aus, aber die heutige Physik kennt keinen materiellen Vermittler. Genau das macht es schwer, sich das Geschehen des Elektromagnetismus gedanklich vorzustellen.

Wir werden deshalb hier in Anlehnung an Faraday und mit dem hier eingeführten Vermittlern (ITO) ein Feldmodell entwerfen. Das Ziel besteht darin, den Elektromagnetismus und auch dessen Formulierung in Maxwells Gleichungen gedanklich nachvollziehbar zu machen.

1. Geladene Elementarteilchen sind Feldquellen. Das Feld bildet sich infolge ihrer Wechselwirkung mit der Umwelt - hier mit den Hintergrundimpulsen. Das Feld ´besteht´ aus einem von der Ladung radial in den Raum gehenden, gegenüber dem Impulsstrom des lokalen Hintergrundes veränderten Impulsstrom. Die Intensität, der durch dieses Feld vermittelbaren Wirkungen nimmt mit r² ab. Ein Schnappschuss dieses Wechselwirkungsprozesses sieht -vereinfacht- so aus: (Bild korr. aus ´Überall ist die Mitte´):

Aus Gründen der Anschaulichkeit sind nur die von der Feldquelle nach der WW mit den Hintergrundobjekten ausgehenden, verstärkt rechts- oder linksdrehenden Impuls tragenden Objekte (ITO) dargestellt. Die im Schnitt neutral orientierten Objekte des Hintergrundes, von denen einige zuvor mit dem geladenen Teilchen interagierten, sind nicht dargestellt.

Bild unten: Von einem neutralen Atom aus gehen gleich viele positiv und negativ orientierter ITO in den Raum.

H-Atom Feld neutral

Schaut man sich ein Kugelschalensegment um das Atom an, so wird in einer Zeiteinheit eine bestimmte Anzahl elektrisch positiv oder negativ orientierter ITO die Fläche passieren. Diesen Strom von ITO kann man mit dem elektrischen Fluß Maxwells vergleichen. Die Intensität des ITO-Stromes pro Flächeneleent ist abhängig von der Ladung des Teilchens - das ist die Rate von in einer Zeiteinheit gesendeten elektrisch geprägten ITO- und dem Quadrat des radialen Abstands zur Quelle (r²).
Eine sehr schöne Visualisierung findet man z.B. hier: Video 3blue one brown (zur Veranschaulichung dient hier eine Flüssigkeit)

Elektrische Felder haben immer eine Quelle(-) und eine Senke (+). Sie sind divergent (mit +1 und -1), sagt man auch.
Das elektrische Feld verändert den Raum, was wir leider nicht direkt sehen können.

Bild unten: positive und negative Quellen elektrischer Wirkungen im Raum - in der Ebene dargestellt.

In jedem Segment des Raumes in der Nähe eines Dipols ist die Summe aus Drehimpuls und Impuls der darin befindlichen elektrisch positiv oder negativ geprägten ITO deshalb etwas unterschiedlich. Wir veranschaulichen dies bisher mit Hilfe von Feldlinien.

Bei hinreichend großer Entfernung zu den Quellenpaar erscheint deshalb auch ein Dipol immer neutral.