Die wichtigste Aussage vorab:
Im Kern geht es um die Bewegung von elektrischen Ladungen!
Wir leiten in diesem Artikel nachvollziehbar ab, warum Elektrizität und Magnetismus schlußfolgernd "Zwillingsgeschwister" sind.
Beide Erscheinungsformen können voneinander unabhängig nicht existieren, wie die obere und die untere Hälfte einer Nuss, letztere nur in ihrer Ganzheit existiert.
In einem Begriff ausgedrückt sprechen wir vom Phänomen des "Elektromagnetismus".
Was ist des Pudels Kern?
Gehen wir der Sache auf den Grund
Wir hatten eingangs festgehalten, daß es um die Bewegung elektrischer Ladungen geht.
Hierbei erkennen wir auf Basis zweier Anwendungsbeispiele an elektrischen Ladungs-bewegungen (Elektrizität) das gleiche Ergebnis, nämlich das eines zwingend auftretenden Magnetfeldes (Magnetismus).
Dies aufgrund einer grundlegenden Korrelation, welcher uns in der Physik wie im Alltag wie selbstverständlich begleitet:
Bewegen sich elektrische Ladungen (konkret freie Elektronen) in Form eines Stromflusses (z.B. in einem elektrischen Leiter) entsteht im selben Moment (!) ein magnetisches Feld um diesen Leiter. Wie von Zauberhand!
Bewegen, konkret rotieren, Elektronen um ihre eigene Achse, vollziehen demnach eine Spin-Drehung (auch Elektronen-Spin genannt), wird auch in diesem Fall unmittelbar ein wenn auch kleines magnetisches Feld erzeugt. Geschieht dies in einer großen, schier riesigen Anzahl gleicher Drehachsen wie gleicher Rotationsbewegungen, bildet sich in diesem Fall das gerichtete Magnetfeld eines Magneten aus. (Hinweis: Dies vor allem in Metallen aufgrund der Gitteranordnung ihrer Atome sowie der geringen Bindung der Elektronen an die Atome)
Schlußfolgernd wie eingangs ausgedrückt, sind in ihrer Erscheidung Elektrizität wie Magnetismus untrennbare Zwillingsgeschwister. Beide können voneinander unabhängig nicht existieren, zwei Seiten einer Medaille, nur unterschiedlich in ihrer jeweiligen physikalischen Erscheinung.
Aus sich bewegender Ladung (Elektrizität) entspringt zwingend Magnetismus
Aus sich bewegendem Magnetismus entspringt zwingend Elektrizität
In der Physik wird aufgrund der beiden Erscheinungsformen eines ursächlichen Wirkphänomens dies richtigerweise auch "Elektromagnetismus" genannt.
Was folgt aus dieser grundlegenden Erkenntnis?
Beide Erscheinungsformen, ob nun Elektrizität als auch Magnetismus, haben eine gemeinsame Besonderheit, man könnte auch sagen ihrer jeweiligen Basis auf welcher sie (im Sinne des ursächlichen Wirkphänomens) miteinander interagieren können, wenn auch physikalisch verschieden ausgeprägt. Deren FELDER:
Zusammenfassend erkennen wir zwei Erscheinungsformen im konkreten Ausdruck ihrer Felder.
Beide Felder besitzen jeweilige Feldstärken, auf welche wir noch eingehen werden.
Im Einflussbereich beider Felder wirken demnach aufgrund jeweils herrschender Feldstärken auch physikalische Kräfte, welche wir aufgrund ihrer gemeinsamen Ursache zusammenfassend auch "elektromagnetische Kräfte" nennen können.
Auf die Gemeinsamkeiten und Unterschiede sowie deren physikalischen Beschreibung und jeweils definierten Größen beider Felder gehen wir an gesonderter Stelle ein.
Elektrisches wie magnetisches Feld sind über ihre jeweils herrschenden Feldstärken ineinander "verschränkt" und damit direkt voneinander abhängig:
Änderungen am Elektrischen Feld bedingen damit zwangsläufig
Änderungen am Magentischen Feld und umgekehrt!
Nachfolgend zunächst eine Begriffsabgrenzung:
Elektrodynamik und ihre Abgrenzung zur Elektrostatik
In diesem Artikel betrachten wir ausschließlich Ladungen & Elektronen in Bewegung:
Begriffsdefinition: Elektrodynamik
In vorangehenden Artikeln betrachteten wir bislang nur statische somit ruhende Ladungen:
Begriffsdefinition: Elektrostatik
Elektrische Felder werden sowohl von
ruhenden, statischen elektrischen Ladungen ( Elektrostatik) ...
als auch von bewegten elektrischen Ladungen ( Elektrodynmamik) hervorgerufen
Magnetische Felder werden hingegen ausschließlich durch bewegte elektrische Ladungen (bei gleichzeitig auftretenden elektrischen Feldern) hervorgerufen und sind damit elektrodynamischer Natur
Elektrodynamik befasst sich ausschließlich mit bewegten Ladungen sowie den damit einhergehenden sich zeitlich veränderlichen elektrischen und magnetischen Feldern
Elektrodynamik in der Ausprägung des Magnetischen Feldes
Beispiel 1: Das Erdmagnetfeld
Das Magnetfeld unserer Erde
Kurz erkärt:
Die magnetischen Feldlinien laufen vom magnetischen Nordpol hin zum magnetischen Südpol (siehe der exemplarisch eingezeichnete Magnet innerhalb der Erdkugel)
Wichtig! Der Magnetische Nordpol entspricht dem geographischen Südpol, somit der Magnetische Südpol dem geopraphischen Nordpol
Die rote Spitze normaler Kompassnadeln zeigen demnach immer zum geopraphischen Nordpol. Die Erdkugel wird typischerweise meist mit Ausrichtung geographisch Nord = oben dargestellt
Beispiel 2: Das Magnetfeld eines Permanentmagneten
Das Magnetische Feld eines Hufeisenmagneten immer vom Nord- zum Südpol verlaufend, eingebrachte Hilfsmagnete in entsprechender Ausrichtung
Beispiel 3: Das Magnetfeld bei bewegten Ladungen
Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters (links: Elektronenflussrichtung rechts: Technische Stromrichtung)
Exemplarische Darstellung einer Spule als "aufgewickelter Leiter" und dessen Magnetfeld (vereinfacht, ohne Berücksichtigung der physikalischen oder technischen Stromrichtung)
