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Elektrizität I

mmgarbsen

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16. Januar 2009
Beiträge
582
Elektrizität

Wer hat eigentlich die Elektrizität entdeckt? In der heutigen Zeit, in der die Richtlinien der Naturwissenschaft von Physikern bestimmt wird, sollte eine solche Frage schon erlaubt sein.

Michael Faraday hat magnetische Erscheinungen beobachtet. Da er diese nicht erklären konnte, nannte er sie kurzerhand elektrisch. Damals wie auch heute ging man davon aus, daß die Grundbausteine der Materie aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestanden. Die Zuständigkeit der Eigenschaften war bereits an Protonen und Neutronen vergeben, also wurden die neuentdeckten Verhaltensweisen der Stoffe den Elektronen zugeschrieben. Faraday erkannte den Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität und bezeichnete diesen Bereich mechanischer Vorgänge als elektromagnetisch.

Eigentlich hat Faraday ja nur Bewegungsabläufe aus dem kinematischen Bereich materieller Stoffe beobachtet. Es sei bemerkt, daß der Ausschlag einer Magnetnadel nur in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters zu beobachten ist. Ebenso bemerkenswert ist, daß Magnete nur dann Strom erzeugen, wenn sie bewegt werden. Damals wie heute wurde übersehen, daß ja die Bewegung die eigentliche Ursache der elektromagnetischen Erscheinung ist. Es ist also durchaus statthaft, hier von einer Priorität der Bewegung zu sprechen.

Faradays Aufzeichnungen lieferten J.C.Maxwell die Basis für weiterführende Beschreibungen des Elektromagnetismus. Maxwells Kenntnisse in Mathematik ermöglichten es ihm, die bewegungsabhängigen Beobachtungen Faradays, mathematisch als elektromagnetische Formulierungen zu beschreiben. Eigentlich hat Maxwell immer nur die Bewegung materieller Substanzen beschrieben und diese als elektrisch bezeichnet.

Es war H. Hertz Verdienst, daß diese Beschreibungen auch auf den immateriellen Bereich der Stoffe erweitert wurde. Mit seinen Arbeiten wurde damals die Wellentheorie mechanischer und elementarer Schwingungen bestätigt. Im Grunde wurden aber immer nur Bewegungsabläufe innerhalb der Materie behandelt.

Mein Glaube an die Wissenschaft bekam einen ersten Knacks, als mir in der Schule vermittelt wurde, daß elektrischer Strom dem Fließen freier Elektronen gleichzusetzen sei. Bei den fließenden Elektronen handele es sich angeblich um die gleichen Elektronen, die als negative Ladung den Zusammenhalt der Atome bewirken. Diese Auslegung habe ich bis heute nicht verstanden. Es ist schon erstaunlich, wie überzeugend eine solche überlieferte Darstellung , ohne zeitgemäße Korrektur, auch neuzeitlichen Wissenschaftler beeinflussen kann.

Um es einmal deutlich auszudrücken: Alle elektrischen und elektromagnetischen Vorgänge lassen sich ursächlich auf das Bewegungsverhalten elementarer Schwingsysteme zurückführen. Alles, was elektrisch sein soll, findet seinen Ursprung in der Bewegung. Das wird sich aber erst dann verständlich erklären lassen, wenn man etwas mehr über die Entstehung und Ausbreitung von Schwingfrequenzen weiß.

mmgarbsen
 
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AW: Elektrizität I

Damals wie auch heute ging man davon aus, daß die Grundbausteine der Materie aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestanden. Die Zuständigkeit der Eigenschaften war bereits an Protonen und Neutronen vergeben, also wurden die neuentdeckten Verhaltensweisen der Stoffe den Elektronen zugeschrieben.

Das stimmt sicher nicht, denn das Proton wurde erst um 1919 entdeckt und das Neutron überhaupt erst in den 1930er Jahren. Auch das Elektron wurde erst am Ende des 19. Jahrhunderts experimentell nachgewiesen.
Das ist also deutlich nach Faradays Tod im Jahre 1867.

Es sei bemerkt, daß der Ausschlag einer Magnetnadel nur in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters zu beobachten ist. Ebenso bemerkenswert ist, daß Magnete nur dann Strom erzeugen, wenn sie bewegt werden. Damals wie heute wurde übersehen, daß ja die Bewegung die eigentliche Ursache der elektromagnetischen Erscheinung ist.

Und wie erklärst du, dass sich zwei aufgeladene Kondensatorplatten anziehen, obwohl sie sich gar nicht bewegen?

Alle elektrischen und elektromagnetischen Vorgänge lassen sich ursächlich auf das Bewegungsverhalten elementarer Schwingsysteme zurückführen.

Das mag ja auf den Magnetismus zutreffen, der sich über den Spin erklären lässt. Aber wie willst das mit Protonen und Elektronen schaffen, die sich scheinbar auch in Ruhe zu einander anziehen, wie im Fall des Kondensators? Oder im Atom. Wobei hier der Begriff "Ruhe" zugegebenermaßen Schwierigkeiten bereitet.
 
AW: Elektrizität I

Hallo Benjamin,

es freut mich, daß Du Dich an dieses Thema heranwagst.

Ich kann Dir nicht erklären, warum sich zwei aufgeladene Kondensatorplatten anziehen. Ich weiß nichtmal, ob sie das auch wirklich tun? Ich weiß nur, daß sich zwischen diesen Platten immaterielle Schwingungen austoben, die als Ladungen bezeichnet werden.

Auch habe ich schon mehrmals gefragt, was eine Ladung ist und wodurch sich eine positive Ladung von einer negativen unterscheidet. Ich habe darauf keine Antwort erhalten. Vielleicht versuchst Du einmal, diesen Begriff allgemeinverständlich zu erklären.

MfG

mmgarbsen
 
AW: Elektrizität I

Auch habe ich schon mehrmals gefragt, was eine Ladung ist und wodurch sich eine positive Ladung von einer negativen unterscheidet. Ich habe darauf keine Antwort erhalten. Vielleicht versuchst Du einmal, diesen Begriff allgemeinverständlich zu erklären.

in der Chemie gibt es Kationen und Anionen
Kationen sind positiv geladen (es fehlen Elektronen)
Anionen sind negativ geladen (es gibt zuviel Elektronen)

ein chemisches Element ist dann geladen,
wenn es keine Edelgaskonfiguration hat
(die jeweiligen Elektronenschalen sind nicht vollständig gefüllt)

dazu kommt ein magnetisches Phänomen:
die chemischen Moleküle haben nämlich eine räumliche Gestalt
und obwohl jedes aufgrund seiner Bindung eine ausgeglichene Elektronenbilanz aufweist,
sind bei manchen die Außenseiten verschieden gepolt (= Dipol)
(erst recht bei organischen Makromolekülen)

wikipedia VAN DER WAALS-Kräfte
1) die KEESOM-Wechselwirkung zwischen zwei Dipolen,
2) die DEBYE-Wechselwirkung zwischen einem Dipol und einem polarisierbaren Molekül und die
3) LONDONsche Dispersionwechselwirkung (London-Kräfte) zwischen zwei polarisierbaren Molekülen.

ein Molekül ist deshalb polarisierbar,
weil es irgendwie Energie aufnehmen, verarbeiten und weiterleiten können muss

wikipedia Elektrostatik
Schon im Altertum war bekannt, dass bestimmte Materialien nach dem Reiben kleine leichte Teilchen, z. B. Papierschnipsel, anziehen (Reibungselektrizität). Das griechische Wort „elektron“ für Bernstein, bei dem dieses Phänomen gut zu sehen ist, ist der Namensgeber für viele Bereiche der Naturwissenschaften.
 
Zuletzt bearbeitet:
Ich kann Dir nicht erklären, warum sich zwei aufgeladene Kondensatorplatten anziehen. Ich weiß nichtmal, ob sie das auch wirklich tun? Ich weiß nur, daß sich zwischen diesen Platten immaterielle Schwingungen austoben, die als Ladungen bezeichnet werden.

Ja, ich weiß, dass sich zwei unterschiedlich elektrisch geladene Platten oder allgemein Körper anziehen. Du kannst dieses Phänomen schon beobachten, wenn du einen Luftballon an Gewand reibst, und dann über deinen Kopf hältst. Deine Haare werden von ihm angezogen.
Woher willst du wissen, dass es "immaterielle Schwingungen" sind, die sich hinter der Ladung verstecken?

Auch habe ich schon mehrmals gefragt, was eine Ladung ist und wodurch sich eine positive Ladung von einer negativen unterscheidet. Ich habe darauf keine Antwort erhalten. Vielleicht versuchst Du einmal, diesen Begriff allgemeinverständlich zu erklären.

Ich muss dich enttäuschen. Wir wissen nicht, was genau eine Ladung eigentlich ist. Wir wissen nur, dass es sie gibt.
Der Mensch weiß aus Erfahrung, dass es eine Eigenschaft der Materie gibt, die dafür verantwortlich ist, dass sich Körper anziehen und abstoßen können. Man hat diese Eigenschaft Ladung genannt, und als man erkannte, dass es zwei unterschiedliche Auswirkungen gibt, sie in positiv und negativ unterschieden.
Man konnte in rund zweihundert Jahren Forschung herausfinden, dass diese Ladung scheinbar kleinste Träger hat. Z.B. Elektronen und Protonen. Es gibt aber auch andere Teilchen, die Ladung besitzen. Aus Beobachtung wissen wir auch, dass es einen kleinsten Wert für diese Ladung gibt, und dass dieser Wert für positiv und negativ genau gleich, aber räumlich entgegengerichtet ist. Jede beobachtete Ladung entspricht immer einem Vielfachen dieser kleinsten Ladung.

Wie sich Ladung über den Raum auswirken kann, auch das wissen wir nicht genau. Es gibt dazu aber sehr genaue Beschreibungen, die es uns möglich machen, diese Ladungen z.B. als elektrischen Strom zu nutzen.
In diesen Beschreibungen wurde das aus Erfahrung stammende Wissen mathematisch sehr exakt formuliert. In diesem Formalismus betrachten wir nicht die Ladungen selbst, sondern das so genannte elektrische Feld, das diese Ladungen verursachen. Genauso machte man es schon zuvor mit der Schwerkraft bzw. dem Schwerefeld, das von Massen hervorgerufen wird.

Eine Anschauung, die sehr abstrakt von Einstein beschrieben wurde, lässt uns das Schwerefeld auf einen gekrümmten Raum - oder genauer: eine gekrümmte Raumzeit - zurückführen. Dieser Auffassung nach ist dieses Feld damit real. Es beschreibt diese Krümmung, die Bewegung verursacht.

Für das elektrische Feld gibt es kein bekanntes Analogon. Ich bin, und wohl auch viele andere Physiker sind dennoch davon überzeugt, dass auch dieses Feld real ist, und dass es den Raum in gewisser Weise verändert.
Was für eine Veränderung das genau sein soll, wissen wir nicht. Ich vermute, dass auch hier, wie im Fall der Gravitation, die Geometrie des Raumes eine Rolle spielt.
Zumindest von elektromagnetischen Wellen wissen wir, dass die Veränderung des Raumes schwingend geschieht, ähnlich wie bei Wasserwellen. Dass es beim elektrischen Feld genauso wäre, dafür spricht meines Wissens nichts. Viel mehr sieht es so aus, als würde eine Ladung den Raum stetig, das soll heißen: glatt, verändern. Zumindest wird das elektrische Feld mathematisch so beschrieben, und auch experimentell so beobachtet.
 
AW: Elektrizität I

Auch andere chemische Elemente sind elektrisch neutral.

das ist relativ

einerseits sind viele chemische Elemente nicht radioaktiv
(fliegen nicht so schnell aus dem Leim)

andererseits gibt es eine Elektronegativität
(mit Flour an der unzufriedenen Spitze)
 
AW: Elektrizität I

Bei den fließenden Elektronen handele es sich angeblich um die gleichen Elektronen, die als negative Ladung den Zusammenhalt der Atome bewirken. Diese Auslegung habe ich bis heute nicht verstanden.

schon mal was von metallischer Bindung gehört
oder von Aromaten?

das elektromagnetische Übertragungsteilchen ist das Photon

wikipedia
Anschaulich gesprochen sind Photonen die „Bausteine“ elektromagnetischer Strahlung, so etwas wie „Lichtteilchen“. Allerdings darf dabei nicht vergessen werden, dass alle bewegten (Elementar-) Teilchen einschließlich der Photonen auch Welleneigenschaften besitzen, dies nennt man Welle-Teilchen-Dualismus. Photonen gehören zur Gruppe der Bosonen.
 
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AW: Elektrizität I

Benjamin schrieb:
Auch andere chemische Elemente sind elektrisch neutral.

das ist relativ

einerseits sind viele chemische Elemente nicht radioaktiv
(fliegen nicht so schnell aus dem Leim)

andererseits gibt es eine Elektronegativität
(mit Flour an der unzufriedenen Spitze)

Hallo scilla,

schon mal davon gehört, dass Radioaktivität sich in den Atomkernen abspielt?
 
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AW: Elektrizität I

Hallo scilla,

schon mal davon gehört, dass Radioaktivität sich in den Atomkernen abspielt?

logo,
aber die Elektronen in der Hülle spielen bei der Stabilität eines Elementes auch eine Rolle
sonst würde es ja zig Variationen der Elektronenkonfiguration bei identischen Atomkernen geben
(und wenn eine dieser Variation zerfällt, müsste immer der Atomkern in Mitleidenschaft gezogen worden sein)

mmgarbsen
hat bei seinem Gedankengang die Ionenbindung mit dem elektrischen Strom verglichen
und keine Gemeinsamkeit festgestellt

der Witz ist nun,
1) daß es weitere Bindungen gibt, bei denen die Gemeinsamkeit (sich bewegende Elektronen) leichter zu sehen ist
2) daß eine Ursache für Ladungsunterschiede auf der molekularen Ebene gefunden wurde
3) daß es weitere 'Ladungen' gibt, die allesamt von Elektronen herrühren,
die aber nicht Ladung genannt werden
 
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