Induktion: Unbewegtes Elektron in veränderndem Magnetfeld?

Arachanox · Anmeldungsdatum: 18.06.2011 Beiträge: 3

Hintergrund:

Wie jeder weiss wirkt auf ein Elektron, dass in einem magnetischen Feld bewegt wird eine Kraft senkrecht auf Bewegungsrichtung und Magnetfeldrichtung. In einem genau so ausgerichtetem bewegtem Leiter führt das zu einem Strom (Induktion). Man sagt dort, der Leiter überstreiche mit der Zeit eine Fläche. Magnetfeld mal Fläche nennt sich "magnetischer Fluss", und die Veränderung des magnetischen Flusses erzeuge diese Induktionsspannung (ja, ich kenne die Herleitung über die Gleichsetzung mit der Coulombkraft). Es kann aber also auch durch die Veränderung des Magnetfeldes alleine ein Strom induziert werden.

Es fällt auf, dass die bewegten Ladungen oder Leiter im Magnetfeld so durch die Kraft abgelenkt werden, dass sie einen Strom erzeugen, der ein Magnetfeld erzeugt, das dem verursachenden Magnetfeld entgegengerichtet ist. Man kann sagen: "Ladungen wollen nicht in Magnetfeldern bewegt werden und sie wollen nicht, dass sich Magnetfelder um sie herum verändern".

So verhalten sich die Elektronen in einer Spule, durch die gerade Strom anfängt zu fliessen: Es wird ein Gegenstrom induziert, der das sich aufbauende Magnetfeld abzuschwächen versucht (Seldbstinduktion, Induktivität der Spule). In einer Spule ist dies nur auf diese Weise möglich - indem die Elektronen eben gerade andersherum Laufen. Da im Innern und aussen an der Spule das Magnetfeld in verschiedene Richtungen läuft, können die Elektronen durch umgekehrte Bewegung in dem Leiter in dem sie sich befinden das Magnetfeld aussen wie innen tatsächlich "umzukehren versuchen" (wie das Magnetfeld eines geraden stromdurchflossenen Leiterstücks aussieht wissen wir ja).

Meine Fragen dazu:

1)

Was aber kann/wird ein stillstehendes aber frei bewegliches Elektron in einem homogenen sich aufbauenden Magnetfeld tun? Egal wie es sich auch in seiner Normalebene zum Magnetfeld bewegt, der erzeugte Strom wird ein Magnetfeld haben, der das umgebende Magnetfeld nur auf einer Seite abschwächt, es auf der anderen aber verstärkt... Wird sich das Elektron nicht bewegen? Was tun die Elektronen auf einer (unendlich dünnen) Metallplatte, die Senkrecht zu diesem Magnetfeld steht? Was, wenn die Platte parallel zum Magnetfeld steht?

2)

Und noch eine andere Frage: Bei der Herleitung der Stärke des Induktionsstroms in einer Spule betrachtet man die gesamte Querschnittfläche als "dem Magnetfeld ausgesetzt". Mir ist nicht klar, woher diese Annahme kommt, denn was hat die Innenform/Fläche der einzelnen Schleifen für einen Einfluss auf die Elektronen im Begrenzenden Leiter? Ich könnte aus den kreisförmigen Leiterschlaufen auch Quadrate mit derselben Drahtlänge biegen, die dann ja andere Querschnittflächen hätten. Wieso sollte das einen Einfluss auf die Elektronen haben, die versuchen, das Entstehen eines Magnetfeldes zu verhindern? Ist die Antwort hier, dass diese Form ja ein anderes Magnetfeld erzeugen würde? Was wäre mit einem Quadrat mit gleicher Fläche (statt gleichem Umfang)?

3)

Und noch eine Frage: Warum schaffen die Elektronen es nicht, das sich aufbauende Magnetfeld ganz zu verhindern? Und warum können die Elektronen im bewegten Leiter nicht ein Magnetfeld erzeugen, dass den Leiter so stark in die andere Richtung zieht, als die man ihn Bewegen möchte, dass er gar nicht bewegt werden kann? Kommt das nun wieder von der Coulombkraft, die der Ladungsbewegung entgegenwirkt? Wäre ein Leiter in einem homogenen Magnetfeld, durch den Elektronen frei fliessen können ohne sich auf einer Seite zu sammeln oder auf einer Seite knapp zu werden (also ohne dass ihre Bewegung durch Coulombkräfte beeinflusst wird) unbeweglich senkrecht zu seiner Länge und der Magnetfeldrichtung? Oder ist die Erklärung hier: Das so erzeugt Magnetfeld schwächt ja das zu verhindernde Magnetfeld wiederum ab (vielleicht "kurzfristig* auf 0), sodass der Leiter doch wieder bewegt werden kann?

Meine Ideen:
Wie ihr oben sehen könnt, weiss ich (so denke ich zumindest) über die Eckpfeiler bescheid, verstehe aber das Gesamtbild nicht so richtig.

edit schnudl: Text etwas strukturiert

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Möchte daran erinnern, daß ein veränderliches Magnetfeld mit einem elektrischen Feld verknüpft ist und schon allein von daher eine Kraft auf eine ruhende Ladung entsteht.

Das elektromagnetische Feld ist vom Bezugssystem abhängig. Wo der (mit der Ladung) ruhende Beobachter kein Magnetfeld "sieht", sieht der bewegte Beobachter eine Ladungsbewegung, also eine Magnetfeld ...

Arachanox · Anmeldungsdatum: 18.06.2011 Beiträge: 3

Wie genau ist dieses Magnetfeld mit einem Elektrischen Feld verknüpft? Welche Richtung hat das Elektrische Feld?

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Arachanox · Anmeldungsdatum: 18.06.2011 Beiträge: 3

Was ist dieses Nabla?

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien