Diverse Fragen über die Welt

Talan42

Stammuser
Hallo,

ich mache mir in letzter Zeit viele Gedanken über die Welt und dabei entstehen viele Fragen. Die meisten kann ich mir selbst beantworten indem ich im Internet nachforsche, aber zu manchen Sachen finde ich keine zufriedenstellende Erklärung oder verstehe sie nicht. Ich bin bei mehreren meiner Internetnachforschungen auf dem Hackerboard.de gelandet, da hier oftmals ähnliche Fragen beantwortet wurden. Ich habe mich nun registriert um selbst ein paar zu stellen und hoffe auf eure Hilfe:

  1. Wenn Licht eine elektronmagnetische Welle mit einer bestimmten Wellenlänge ist und andere Dinge wie Radiowellen und Röntgenstrahlen auch elektromagnetische Wellen sind. Wieso funktionieren sie so verschieden? Licht blendet mich, aber eine elektromagnetische Welle die ich nicht sehe tut dies nicht. Ich kann verstehen wenn dies mit den Sinneszellen im Auge zu tun hat, die nunmal nur eine gewisse Wellenlänge wahrnehmen können. Aber es scheint mir so, als würden wir nicht nur dadurch das Licht "sehen" sondern auch dessen Effekte "spühren". Schließlich tut es weh in grelles Licht zu schauen und die entsprechende Stelle auf der Retina ist für eine Weile "geblendet" und wie ein Fleck. Das hat doch nicht die Wahrnehmung als Ursache? Warum tun mir meine Augen oder etwas anderes dann nicht weh wenn ich auf einen Radiosender schaue? und warum kriege ich dann nicht auch solche Flecken?
  2. Ich verstehe nicht ganz wie reflektiertes Licht von einem Objekt (mit einer gewissen Farbe) exakt diese Wellenlänge erhält? Also ich verstehe, dass offenbar einfach die anderen Wellenlängen absorbiert werden. Aber wie kommt das zu stande, dass überhaupt exakte Wellenlängenspektren absorbiert werden?
  3. Wie genau muss ich mir Elektronenorbitale vorstellen? Das ist für mich ein wenig verwirrend. Und wie genau halten Moleküle zusammen? Wenn doch die äußere Hülle aufgrund der Elektronen negativ ist und man viele davon aneinanderpackt.
  4. Ich weiß nicht genau wie ich mir Elektromagnetismus vorstellen soll. Offenbar scheint es das selbe, aber auch wieder was komplett anderes zu sein. Was macht die elektromagnetische Kraft in einem Moment magnetisch und in einem anderen Moment elektrisch?
  5. Warum sind manche Isotope stabil und andere nicht? Silber ist mit 60 oder 62 Neutronen stabil, aber mit 61 radioaktiv. Wie muss ich mir das vorstellen?
  6. Virtuelle Partikel sind sehr unverständlich für mich. Ich weiß dass man sich gewisse Dinge einfach nicht mehr vorstellen kann, aber das nicht heißt das sie nicht wahr sein können, also menschliche Vorstellungskraft keine Relation zu objektiver Wahrheit besitzt. Aber gibt es hier vielleicht irgendwie eine Art Gedankenexperiment oder sowas, um das besser verstehen zu können?

Vielen Dank für eure Zeit und Hilfe
 
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benediktibk

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Wenn Licht eine elektronmagnetische Welle mit einer bestimmten Wellenlänge ist und andere Dinge wie Radiowellen und Röntgenstrahlen auch elektromagnetische Wellen sind. Wieso funktionieren sie so verschieden? Licht blendet mich, aber eine elektromagnetische Welle die ich nicht sehe tut dies nicht. Ich kann verstehen wenn dies mit den Sinneszellen im Auge zu tun hat, die nunmal nur eine gewisse Wellenlänge wahrnehmen können. Aber es scheint mir so, als würden wir nicht nur dadurch das Licht "sehen" sondern auch dessen Effekte "spühren". Schließlich tut es weh in grelles Licht zu schauen und die entsprechende Stelle auf der Retina ist für eine Weile "geblendet" und wie ein Fleck. Das hat doch nicht die Wahrnehmung als Ursache? Warum tun mir meine Augen oder etwas anderes dann nicht weh wenn ich auf einen Radiosender schaue? und warum kriege ich dann nicht auch solche Flecken?
Weil eine elektromagentische Welle, also auch Licht, Energie enthält bzw. überträgt. Diese Energie sorgt zum Beispiel dafür, dass du etwas siehst, weil die Rezeptoren angeregt werden. Falls die Intensität allerdings zu hoch ist kann es eben passieren dass dieses zu viel an Energie etwas zerstört. Vergleichbar mit einem Ball, den du mit der Hand auf eine Holzwand wirfst oder mit 300km/h.

Ich verstehe nicht ganz wie reflektiertes Licht von einem Objekt (mit einer gewissen Farbe) exakt diese Wellenlänge erhält? Also ich verstehe, dass offenbar einfach die anderen Wellenlängen absorbiert werden. Aber wie kommt das zu stande, dass überhaupt exakte Wellenlängenspektren absorbiert werden?

Aufgrund der grundlegenden Materialeigenschaften kann das passieren. Es geht dabei vor allem um Bandabstände, das heißt jene Energie, die du zum Beispiel einem Elektron geben musst, damit es ein höheres Energielevel erreicht. Der Trick dabei ist nämlich, dass eine Elektron nicht beliebige Energiezustände einnehmen kann, sondern an und für sich nur diskrete Werte. Das kennst du vielleicht vom Schalenmodell für Elektronen, eine Elektron befindet sich entweder auf der K- oder L-Schale, aber nicht dazwischen. Wenn du jetzt ein Gitter von unendlich vielen (oder zumindest sehr vielen) Atomen zusammenbaust weiten sich diese diskreten Zustände zu ganzen Bändern auf, in denen sich Elektronen aufhalten können. Und dazwischen kommt es dann zu sogenannten verbotenen Zonen. Und wenn ein Photon, welches auf so einen Kristall trifft, nicht ausreichend Energie besitzt, dann wird es reflektiert, da ein Elektron nicht ausreichend weit im Energieniveau angehoben werden würde.
Zusätzlich wird in den meisten Materialien die aufgenommene Energie dann auch wieder abgegeben, oft in einer größeren Wellenlänge als die aufgenommene. Das spielt dann natürlich auch in den Effekt der Farbe eines Objekts ein.

Als makroskopische Analogie kann man hier wieder einen Ball wählen, der auf einen Hügel zu rollt. Besitzt er ausreichend Geschwindigkeit (also Energie), dann kann er über den Hügel drüber und hinten wieder hinunter rollen. Ist seine Geschwindigkeit allerdings zu klein rollt er einfach wieder zurück.

Wie genau muss ich mir Elektronenorbitale vorstellen? Das ist für mich ein wenig verwirrend. Und wie genau halten Moleküle zusammen? Wenn doch die äußere Hülle aufgrund der Elektronen negativ ist und man viele davon aneinanderpackt.

Elektronenorbitale sind nur jene Orte, in denen ein Elektron eine (üblicherweise 50%) bestimmte Wahrscheinlichkeit hat sich aufzuhalten. Der Schlüssel hierfür ist die Heisenbergsche Unschärferelation. Die besagt nun mal, dass man ein quantemechanisches Teilchen entweder im Ort oder in der Energie genau bestimmen kann, allerdings nicht für beides.
Moleküle halten aus dem Grund zusammen, weil die Atome gemeinsam ein energetisch niedrigeres Niveau erreichen als alleine. Das ist übrigens die treibende Kraft hinter den meisten Vorgängen der Physik, deswegen rollt zum Beispiel ein Ball nach unten, weil er dort eben einen energetisch niedrigeren Zustand erreicht (geringere Lagenergie). Dass das bei Molekülen trotz der eigentlich negativ geladenen Hüllen funktioniert hat den Grund, dass sich zum Beispiel die Elektronenorbitale verformen, wenn die Atome eine Verbindung eingehen. Sie weichen sich also gewissermaßen gegenseitig aus, mit Ausnahme jener Orbitale, welche sich die Atome nun teilen um jeweils den Edelgaszustand (energetisches Minimum) erreichen. Viel wichtiger dabei ist aber die Abstoßung der Atomrümpfe, welche der eigentlichen Bindung entgegen wirkt. Aus diesen beiden Kräften, der Abstoßung und der Anziehung aufgrund der Bindung, bildet sich dann ein Gleichgewicht (bei einer stabilen Bindung), welche den Atomabstand definiert.

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Ich weiß nicht genau wie ich mir Elektromagnetismus vorstellen soll. Offenbar scheint es das selbe, aber auch wieder was komplett anderes zu sein. Was macht die elektromagnetische Kraft in einem Moment magnetisch und in einem anderen Moment elektrisch?

Bewegung ist der Unterschied. An und für sich sind Elekrizität und Magnetismus das gleiche, es kommt nur darauf an von wo aus du es betrachtest. Wirkt zum Beispiel für dich als ruhenden Beobachter ein Proton eine magnetische Wirkung auf ein vorbeifliegendes Elektron aus, dann wäre das als mit dem Elektron mitfliegender Beobachter Elektrizität.

Warum sind manche Isotope stabil und andere nicht? Silber ist mit 60 oder 62 Neutronen stabil, aber mit 61 radioaktiv. Wie muss ich mir das vorstellen?

Die Frage reiche ich mal weiter.

Virtuelle Partikel sind sehr unverständlich für mich. Ich weiß dass man sich gewisse Dinge einfach nicht mehr vorstellen kann, aber das nicht heißt das sie nicht wahr sein können, also menschliche Vorstellungskraft keine Relation zu objektiver Wahrheit besitzt. Aber gibt es hier vielleicht irgendwie eine Art Gedankenexperiment oder sowas, um das besser verstehen zu können?

Ebenfalls. :D

mfg benediktibk

Edit: Ich würde sagen die von bluez mit meiner kombiniert ergibt eine recht passable Erklärung xD
 
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bluez

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Alle deine Fragen sind nicht im Rahmen eines einfachen Posts zu beantworten. Aber ich will dir doch mal Stichworte geben, die dir vielleicht weiterhelfen. Einfach mal google mit den entsprechenden Stichworten füttern. Und wenn du merkst, dass dir das Thema liegt: Es wurden schon unzählige Literaturempfehlungen dazu im Forum ausgestellt.

1.Die Sinneszellen im Auge werden vom sichtbaren Licht gereizt. Das Wort deutet es schon an: gereizt. Es findet eine chemische Veränderung in der Zelle statt. Wann diese Veränderung eintrifft hängt davon ab, wie die Zelle ausgelegt ist, welche Strahlung passieren kann, welche aufgenommen wird, welche reflektiert wird. Das heißt: andere Strahlung bewirkt schlicht keine chemische Reaktion. Das ist einfach nur eine Frage der Chemie. Fast jedes Tier sieht ein anderes Spektrum elektromagnetischer Strahlung. Fische können mit ihrem Seitenlinienorgan auch elektromagnetische Felder wahrnehmen. Lies dich dazu am Besten in den Aufbau der Sinneszellen ein und geh dann weiter indem du dir die Chemie hinter den dort genannten Molekülen verständlich machst.
Übrigens "funktionieren" die Wellen überhaupt nicht verschieden. Der grundlegende Mechanismus ist der selbe. Selbst die Wirkung ist im Grunde immer dieselbe: Es wird eine Energie auf irgendwas übertragen. Sei es auf den Empfänger im Radio, auf deine Sinneszellen oder auf die Elementarmagneten im ferromagnetischen Werkstoff. Welche Frequenz auf welchen Stoff, wie wirkt hängt davon ab, wie der Stoff zusammengesetzt ist und wieviel Energie (welche AUSSCHLIEßLICH von der Frequenz abhängt!) die Welle enthält.

2. Das kommt sehr auf den Stoff an den du betrachtest. Es kann an der Kristallstruktur anorganischer Farben liegen (v.A. Gitterabstand) oder an der Molekülstruktur organischer Farben (v.A. Rinstrukturen). Es gibt aber auch ganz andere Gründe, wie Lichtbrechung (z.b. am Fett in der Milch). Elektromagnetische Wellen können sogar Atomkonfigurationen verändern. Sie können Elektronen auf höhere Energieniveaus heben (wobei natürlich Energie benötigt wird, die dann in der Reflexion fehlt -> andere Frequenz -> andere Farbe). Beim senken dieser Energieniveaus emitieren die Atome dann die überschüssige Energie als elektromagnetische Strahlung. Das ist meistens Licht, Röntgen- oder Gammastrahlung. Das ganze wird in der Regel am Wasserstoff erklärt, wo es schön einfach ist. Für jedes andere Molekül wird es aber blödsinnig kompliziert.

3. Ich glaube nicht, dass du es dir vollständig vorstellen kannst. Es ist schlicht und ergreifend ein Gebiet indem eine gewisse (hohe) Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons ist. Elektronen können auch außerhalb der Orbitale sein, nur ist dort die Wahrscheinlichkeit ein Elektron aufzufinden wesentlich geringer.
Auch wie Moleküle zusammenhalten ist nicht einfach zu beantworten. Es können zum Beispiel elektromagnetische Felder sein: Etwa bei den starken Ionen-Bindungen bei denen postiv und negativ geladene Teilchen zusammenhaften. Oder bei der Van-Der-Waals-Kraft, die auf Dipolen beruht (das sind Moleklüle, die auf ihre Länge einen leichten Ladungsabfall aufweisen, z.B. weil sich Elektronen eher auf einer Seite anhäufen). Die Bindung über Valenzelektronen kann ich dir spontan nicht erklären, aber wenn mich mein altersschwaches Gedächtnis nicht täuscht, liegt es daran, dass über die Bindung die Edelgaskonfiguration erreicht wird, die auf quantenmechanischer Ebene eine sehr entropiearme Bindung darstellt. Chemiker: bitte nicht schlagen, wenn das Unsinn ist. Generell darfst du dir die Hülle des Atoms nicht wie eine festen Ball vorstellen. Eher wie eine endlose Leere. Und in dieser endlosen Leere saust hin und wieder mal ein Elektron vorbei.
Im Endeffekt kannst du immer, wenn irgendwas an irgendwas anderem haftet oder davon angezogen wird, davon ausgehen, dass eine der vier Grundkräfte dafür verantwortlich sind: Gravitation, elektromagnetische Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung, starke Wechselwirkung. Sortiert mit aufsteigender Stärke der Kraft und absteigender Reichweite.

4. Einstein macht das. Beide Felder (elektrische, wie magnetische) beruhen auf der Coloumb-Kraft. Wie daraus ein elektrisches Feld ensteht, darfst du dir gerne in der Quantenelektrodynamik zu Gemüte führen - ich widme mich lieber anderen Hobbys :) Das magnetische Feld ist nur eine relativistische Korrektur der Coulomb-Kraft, bei der Bewegung zwischen Elektronen und fixen positiven Ladungsträgern - es entsteht die Kraftwirkung der Lorentz-Kraft. So sehr der Ursprung beider Felder gleich ist, so gibt es doch starke Unterschiede. Die Felder und die Kraftwirkungen stehen auch stets senkrecht aufeinander. Wie eng die beiden miteinander verflochten sind, siehst du z.B. im inneren eines Kondensators, in dem das elektrische Feld zwischen den Platten (senkrecht auf selbigen stehend) von einem magnetischen Feld umwirbeltwird (welches natürlich parallel zu den Platten ist).

5. Das liegt in der (quantenmechanischen) starken Wechselwirkung begründet, die den Atomkern zusammenhät. Würden wir nur von elektromagnetischen Wechselwirkungen ausgehen würde der Atomkern auseinanderfliegen, da sich die mit gleichem Vorzeichen geladenen Protonen abstoßen würden. Offensichtlich passiert das nicht und das hängt mit den Neutronen zusammen. Zwischen Neutronen und Protonen gibt es nämlich die erwähnte starke Wechselwirkung. Wie diese WEchselwirkung im gesamten Atom wirkt hängt hauptsächlich von dem Zahlenverhältnis zwischen den beiden Nukleonenarten ab. Übrigens: die starke Wechselwirkung ist zwar die stärkste Grundkraft, aber sie hat eine extrem geringe Reichweite - deshalb werden Atome, deren Kernradius zunimmt auch tendenziell immer instabiler. Die starke Wechselwirkung reicht dann einfach nicht mehr weit genug und wird gegenüber der elektromagnetischen Wechselwirkung immer schwächer.
Wenn du dich jetzt aber fragst: warum gibt es denn eine starke Wechselwirkung zwischen den Nukleonen, muss ich dir sagen: keine Ahnung. Finde es heraus. Fange bei den Quarks an aus denen die Nukleonen bestehen.

EDIT: ääähm ja. Das, oder das was Benedikt geschrieben hat. Mensch! :(
 

benediktibk

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Das Beispiel zu Elektrizität und Magnetismus ist schlecht, weil vermutlich nicht korrekt. Sobald mir was besseres einfällt liefere ich es gerne nach.

mfg benediktibk

Edit: Müsste doch passen
 
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Talan42

Stammuser
Vielen Dank für eure Antworten - ihr habt mir sehr weitergeholfen :)

Ich habe allerdings natürlich Nachfragen.

Ok, ich verstehe das mit den Farben aufgrund Reflektion/Absorbtion, basierend auf nötigen bzw. möglichen Energieintervallen im Bezug auf die Elektronenanregungen. Das erklärt beispielsweise warum Textmarkertinte zu "leuchten" scheint, offensichtlich werden dabei gewisse (möglicherweise unsichtbare) Wellenlängen absorbiert und entsprechend sichtbares Licht daraus wieder zurück geworfen.
Die Farbwahrnehmungen, welche auf rein optischen Effekten wie z.B. Reflektionen beruhen, wie Schnee oder Milch verstehe ich natürlich auch.
Ich habe aber immer noch Schwierigkeiten im Bezug auf Farben. Reflektieren Materialen alle Wellenlängen die sie nicht absorbieren können? Und ist das einzige was mit der absorbierten Energie geschehen kann, dass diese als entsprechende Wellenlänge wieder ausgestrahlt wird? (unabhängig davon ob dies sofort geschieht)
Also muss eine als "schwarz" wahrgenommene Farbe ja ein großes Spektrum an Wellenlängen absorbieren und entsprechend andere Wellenlänger reflektieren? Lassen sich diese irgendwie messen, damit ich das besser verstehen kann?

Allgemein habe ich Schwierigkeiten mit dem Konzept von Wellen und wie genau der Welle Teilchen Dualismus funktioniert. Ich finde es zum Beispiel immer noch seltsam dass UV Licht durch eine Scheibe Glas aufgehalten werden kann aber Röntgenstrahlen eine dicke Bleischicht benötigen. Was genau oszilliert da eigentlich?

Und ich dachte irgendwie bisher dass die Amplitude einer Welle bedeutsam für ihren Energiegehalt ist - aber offenbar ist das entscheidende die Wellenlänge. Wie passt das mit dem Verständnis von Photonen als etwas Teilchenmäßiges zusammen?

Die Atomkerngrundlagen habe ich jetzt allerdings deutlich besser verstanden und auch entsprechende Informationen finden können.

Was die elektromagnetische Kraft als solche angeht - und ihre magnetischen und elektrischen eigenschaften bin ich immer noch teilweise sehr auf dem schlauch. trotz dessen, dass ihr das hier recht gut dargelegt habt verstehe ich's einfach nicht so wirklich. Was genau übt die Kraft aus? Was ist der Träger der Kraft?

Bewegung ist der Unterschied. An und für sich sind Elekrizität und Magnetismus das gleiche, es kommt nur darauf an von wo aus du es betrachtest. Wirkt zum Beispiel für dich als ruhenden Beobachter ein Proton eine magnetische Wirkung auf ein vorbeifliegendes Elektron aus, dann wäre das als mit dem Elektron mitfliegender Beobachter Elektrizität.

Das hier klingt sehr einfach aber ich kann mir einfach keinen Reim draus machen. Wenn sich Proton und Elektron anziehen, dann ist es doch egal von welcher relativen Position ich das betrachte? Sie ziehen sich an. Wie unterscheide ich zwischen Magnetismus und Elektrizität und warum ändert Bewegung daran so viel? Wahrscheinlich verstehe ich das Konzept von Feldern nicht richtig.


Schonmal großes Danke dass ihr euch meinen Probleme gewidmet habt. Ich kann mir vorstellen dass ihr besseres mit eurer Zeit anfangen könntet.
 

benediktibk

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Ich habe aber immer noch Schwierigkeiten im Bezug auf Farben. Reflektieren Materialen alle Wellenlängen die sie nicht absorbieren können? Und ist das einzige was mit der absorbierten Energie geschehen kann, dass diese als entsprechende Wellenlänge wieder ausgestrahlt wird? (unabhängig davon ob dies sofort geschieht)
Ob ein Material absorbierte Energie wieder über Licht abgibt hängt von sehr vielen Dingen ab, maßgeblich natürlich von den Materialeigenschaften. Ein gutes Beispel für die Abgabe von Licht sind die ganzen Leuchtstreifen auf Kleidung, welche fluoreszieren. Diese Farben geben zum einen die meiste Energie wieder über Licht ab und das zudem noch mit einer relativ langen Verweildauer in dem höheren Energieniveau. Das führt dann dazu, dass du so eine Farbe bestrahlen kannst, sie Energie aufnimmt, und dann erst viel später als Licht wieder abgibt.
Man kann mit der Energie aber ganz andere Dinge anfangen. Dotiert man zum Beispiel einen Halbleiter passend und beschaltet ihn korrekt, dann wird die aufgenommene Energie in ein elektrisches Signal umewandelt. So was nennt sich dann Fotodiode oder Photovoltaikzelle.

Allgemein habe ich Schwierigkeiten mit dem Konzept von Wellen und wie genau der Welle Teilchen Dualismus funktioniert. Ich finde es zum Beispiel immer noch seltsam dass UV Licht durch eine Scheibe Glas aufgehalten werden kann aber Röntgenstrahlen eine dicke Bleischicht benötigen. Was genau oszilliert da eigentlich?
Damit ein Stoff die Energie einer Strahlung, egal ob nun UV oder Röntgen, absorbieren kann muss erstens einmal ein passender Energiesprung möglich sein und zweitens muss das gewissermaßen auch die Stelle, an der Energiesprung erfolgen soll, getroffen werden. Das zeigt sich dann dadurch, dass ein Photon zum Beispiel nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit von einem Atom absorbiert. Desto mehr Atome du aber anordnest (also desto dicker das Material wird), desto wahrscheinlich ist auch die Absorption. In den meisten (zumindest in den mir bekannten) Fällen verhält sich dann die Abosorption exponentiell zur Dicke der Schicht. Das bedeutet in der Praxis, dass du eine Strahlung nie vollkommen abschirmen kannst, weil ein paar Teilchen immer den Weg durchschaffen, das hat so eine Wahrscheinlichkeitsangabe nun mal so an sich. Allerdings kannst du mit ausreichender Schichtdicke bereits eine sehr gute Abschirmung erreichen.
Das folgende Diagramm zeigt dir die Intensität hinter einem Material der Schichtdicke d:
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Quelle: Google-Ergebnis für http://www.lepla.org/en/modules/Activities/m17/images/explaw.gif

Und ich dachte irgendwie bisher dass die Amplitude einer Welle bedeutsam für ihren Energiegehalt ist - aber offenbar ist das entscheidende die Wellenlänge. Wie passt das mit dem Verständnis von Photonen als etwas Teilchenmäßiges zusammen?
Der Energiegehalt wird bestimmt durch die Wellenlänge, wie du richtig erkannt hast: https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Symbol
Der Wert einer quantenmechanischen Welle sagt dir nur etwas über die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens auf. Genauer gesagt ist diese Aufenthaltswahrscheinlichkeit das Quadrat des Betrags der Welle.

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Und nun die spannendste Frage: Wie passt das mit dem Verständnis eines Photons als Teilchen zusammen? Gar nicht. Das ist natürlich unlogisch, nur ist genau das das Problem mit dieser Physik, sie ist nicht mehr intuitiv.

Was die elektromagnetische Kraft als solche angeht - und ihre magnetischen und elektrischen eigenschaften bin ich immer noch teilweise sehr auf dem schlauch. trotz dessen, dass ihr das hier recht gut dargelegt habt verstehe ich's einfach nicht so wirklich. Was genau übt die Kraft aus? Was ist der Träger der Kraft?

Die elektromagnetische Kraft besteht aus zweierlei Dingen: Der Coulomb- und der magnetischen Kraft. Die Coulombkraft basiert auf der Anziehung bzw. Abstoßung von ruhenden elektrischen Ladungen, die magnetische auf die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine bewegte Ladung. Insgesamt ergibt das dann
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Quelle
Warum es sich aber so schwer verstehen lässt, warum gerade bewegte Teilchen eine magnetische Kraft erfahren, liegt daran, dass hier, bei bereits relativ niedrigen Geschwindigkeiten, die Galilei-Transformation nicht mehr gültig ist. Korrekterweise müssten man das bereits relativistisch betrachten, wo dann anscheinend (laut unserem Prof. für Technische Elektrophysik) sich diese Unsymmetrie zwischen magnetischem und elektrischen Feld auflöst. Wie gesagt anscheinend, da steige ich bei der Mathematik auch nicht mehr durch. :D
Spezielle Relativitätstheorie
Elektrodynamik

Die Grundlage für das Coulomb-Gesetz ist übrigens die elektromagnetische Wechselwirkung als eine der 4 Grundkräfte der Physik (schwache und starke Kernkraft, elektromagnetische Wechselwirkung und Gravitation). Wenn du wissen möchtest woher diese 4 Grundkräfte kommen musst du leider einen Teilchenphysiker fragen, wobei der bei der Gravitation auch aussteigen wird. Falls nicht ist er garantiert der nächste Nobelpreisträger für Physik. ;)

Wenn es allerdings wieder etwas größer wird und wir von Materialeigenschaften reden kann ich dir gerne weiterhelfen. Die dielektrischen Eigenschaften von Werkstoffen beruhen auf einer ganzen Reihe von möglichen Ursachen, hauptsächlich allerdings auf der elektronischen Polarisation, der ionischen Polarisation und er Orientierungspolarisation. Die magnetischen Eigenschaften werden hauptsächlich durch den Diamagnetismus, den Paramagnetismus, den Ferromagnetismus und von Leitungselektronen verursacht.

mfg benediktibk
 

bluez

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Ich habe aber immer noch Schwierigkeiten im Bezug auf Farben. Reflektieren Materialen alle Wellenlängen die sie nicht absorbieren können? Und ist das einzige was mit der absorbierten Energie geschehen kann, dass diese als entsprechende Wellenlänge wieder ausgestrahlt wird? (unabhängig davon ob dies sofort geschieht)
Also muss eine als "schwarz" wahrgenommene Farbe ja ein großes Spektrum an Wellenlängen absorbieren und entsprechend andere Wellenlänger reflektieren? Lassen sich diese irgendwie messen, damit ich das besser verstehen kann?
Ja. Alles was nicht reflektiert oder gebrochen wird, wird erstmal absorbiert.
Und diese Energie wird meistens auch wieder schön fein abgestrahlt. An einer schwarzen Pappe kannst du es schön fühlen, die strahlt einiges von der Energie im Infrarotbereich ab ("Wärme"), während eine weiße Pappe eher direkt und ungebrochen reflektiert ("Licht"). Das ist ein sehr hinkender Vergleich, der unheimlich viele verstärkte Schwierigkeiten birgt und wirklich nur zur Anschauung dient.
Mit dem Messen dürfte es schwieriger sein. Phosphorisierendes Material beruht darauf. Du bestrahlst es mit Licht, die Elektronen werden in höhere Energieniveaus gehoben und fallen, sobald keine Energie mehr da ist, die sie ständig da hoch zwingt ("Licht aus"), wieder herab. Dabei emitieren sie die überschüssige Energie als sichtbares Licht. Auf prinzipiell demselben Mechanismus beruht auch die Funktionsweise von Leuchtdioden. Dort wird der Übergang zwischen den Energieniveaus nur durch einen PN-Übergang erreicht.

Allgemein habe ich Schwierigkeiten mit dem Konzept von Wellen und wie genau der Welle Teilchen Dualismus funktioniert. Ich finde es zum Beispiel immer noch seltsam dass UV Licht durch eine Scheibe Glas aufgehalten werden kann aber Röntgenstrahlen eine dicke Bleischicht benötigen. Was genau oszilliert da eigentlich?
Ein Feld. Ein elektromagnetisches Feld. Etwas ...nunja... man würde fast sagen nicht-materielles. Es hat keine Masse, aber eine Geschwindigkeit und eine Energie. Es kann sogar eine Kraft bewirken, Arbeit verrichten und damit Masse bewegen. Aber selbst hat es keine Masse. Das ist Physik :)
Ob eine elektromagnetische Welle von einem Material reflektiert wird oder nicht, hängt von Faktoren ab, die wir dir oben erklärt haben. Ein weiterer Faktor für SEHR hohfrequente Strahlung ist die Dichte eines Materials. Je dichter ein Material und je hochfrequenter die Strahlung, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung auf irgendwas im Material trifft und daran gestreut, gebrochen, reflektiert oder absorbiert wird. Deshalb verwendet man dichtes Blei. Niederfrequente Wellen kannst du durch praktisch garnichtsmehr aufhalten. Denk z.b. an Erdbeben, die ihre sehr langwellige Oszillation hunderte kilometerweit (bei starken Beben sogar mehrfach um den ganzen Globus herum) schicken kann.
Das mit dem Welle-Teilchen-Dualismus funktioniert überhaupt nicht. Wie alles andere in der Physik auch, ist es schlicht ein Modell, das man verwendet, weil einem nichts dümmeres eingefallen ist. In Messungen kannst du festellen, dass Licht masselos ist und an Gittern mit Gitterabstand kleiner als die Wellenlänge gestreut werden kann. Beides sind Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen. In anderen Versuchen kannst du feststellen, dass die Energie der Wellen immer nur ab einem bestimmten Mindestwert übertragen wird: sie erfolgt gequantelt. Das kennen wir sonst nur von Teilchen. Das ist auch schon das ganze Geheimnis hinter dem ominösen Welle-Teilchen-Dualismus. Er gilt übrigens auch umgekehrt: massebehaftete Elektronen können ebenfalls gestreut werden. Auch Elektronen (und in der Theorie alles andere auch) erfahren diesen Dualismus.

Und ich dachte irgendwie bisher dass die Amplitude einer Welle bedeutsam für ihren Energiegehalt ist - aber offenbar ist das entscheidende die Wellenlänge. Wie passt das mit dem Verständnis von Photonen als etwas Teilchenmäßiges zusammen?
Die Formel für die Energie ist E=h*f. Mit f als der Frequenz und h als Plank'sches Wirkungsquantum (eine Konstante). Wie du leicht sehen kannst, steigt die Energie eines jeden beliebigen .... Dings .... proportional mit der Frequenz mit der er schwingt. Mit Schrödingers lustiger Wellengleichung ist dann auch das noch obsolet. Aber das ist, wenn man es nicht gewohnt ist, richtiger Brainfuck und schließt den Kreis zu deinen Elektronenorbitalen (die werden nämlich auch damit berechnet).

Was die elektromagnetische Kraft als solche angeht - und ihre magnetischen und elektrischen eigenschaften bin ich immer noch teilweise sehr auf dem schlauch. trotz dessen, dass ihr das hier recht gut dargelegt habt verstehe ich's einfach nicht so wirklich. Was genau übt die Kraft aus? Was ist der Träger der Kraft?
Ein bisschen Eigeninitiative ist schon gefragt. Hast du meinen Beitrag überhaupt gelesen? WIe dort erwähnt: einfach mal die unzähligen Stichworte, die ich dir gegeben habe googlen
Ich habe es bewusst, bei einer groben Andeutung gelassen, Benedikt hat versucht es zu erklären - aber am Besten ist, du liest es einfach selbst nach.

Abschließend zitiere ich mich einfach nochmal selbst, da du mich offenbar nicht gelesen hast:

Ich :P hat gesagt.:
Alle deine Fragen sind nicht im Rahmen eines einfachen Posts zu beantworten. Aber ich will dir doch mal Stichworte geben, die dir vielleicht weiterhelfen. Einfach mal google mit den entsprechenden Stichworten füttern. Und wenn du merkst, dass dir das Thema liegt: Es wurden schon unzählige Literaturempfehlungen dazu im Forum ausgestellt.
Wenn du es wirklich ernsthaft lernen willst, kannst du uns als deine Privatlehrer mit mehreren Stunden pro Tag anstellen, oder aber du liest selbst nach. Es ist wirklich alles nicht so einfach, als dass man es in einem Forum restlos klären könnte (mal abgesehen davon, dass du ohnehin schnell an den Rand der Wissenschaft stößt).

EDIT: Ach, das gibt es doch nicht, jetzt warst du schonwieder schneller?! -.-
 

bluez

Member of Honour
Erstaunlich, wie wir beiden uns ergänzen, benedtikt. Es gibt gar nichtmal soviele Überschneidungen zwischen unseren beiden Posts :)

Er wird meins aber besser verstehen als deins :) Da schmeißt du ihm doch glatt die Wellengleichung ohne Erklärung an den Kopf und sprichst dann von Lorentz-Transformation :)

EDIT: Nochmal konkreter an den Threadstarter: Read it cover-to-cover. Deine Fragen gehen quer da durch.
 
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