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==Eigenschaften von schwerer, elektrischer und magnetischer Wechselwirkung==
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==Der Begriff des Feldes in der Geschichte der Physik==
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;Lucrez (ca. 99-55 v.Chr.):
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:"Lucrez erinnert zuerst an die beständigen, äußerst schnellen und stürmischen Bewegungen der feinen Atome, die in den Poren aller Körper zirkulieren und von ihrer Oberfläche ausstrahlen. Jeder Körper sendet nach dieser Anschauung nach allen Seiten Ströme solcher Atome, welche eine unaufhörliche Wechselwirkung zwischen allen Gegenständen im Raume herstellen. [...] Lucrez lehrt uns, daß vom Magneten eine so heftige Ausströmung stattfindet, daß sie ''durch Verdrängung der Luft einen leeren Raum zwischen dem Magneten und dem Eisen bewirkt'', in welchen dieses hineinstürzt. [...] jene Wirkung [soll] dadurch hervorgebracht werden, daß jeder Körper beständig von allen Seiten von Stößen der Luftatome getroffen wird und daher nach derjenigen Richtung weichen muß, in welcher eine Lücke sich bietet, wenn nicht entweder sein Gewicht zu groß, oder dagegen seine Dichtigkeit so gering ist, daß die Luftströme unbehindert durch die Poren des Körpers ihren Weg nehmen können. Hieraus wird uns denn auch klargemacht, weshalb gerade das Eisen so heftig vom Magnet angezogen wird. Unser Lehrgedicht führt dies einfach auf seine Struktur und sein spezifisches Gewicht zurück, indem die übrigen Körper teils, wie das Gold, zu schwer seien, um durch jene Ströme bewegt und durch den luftleeren Raum an den Magnetstein herangedrängt zu werden, teils, wie das Holz, so porös, daß die Ströme frei und also ohne mechanischen Anstoß hindurchfliegen können."<ref>[http://www.anova.at/1sitemap/Philosophie/38-Lange,%20Friedrich%20Albert%20-%20Geschichte%20des%20Materialismus.pdf#page=1&zoom=auto,-13,800 Friedrich Albert Lange: Geschichte des Materialismus und Kritik seiner Bedeutung in der Gegenwart, 1873], S. 218 </ref>
Zwei Gegenstände können eine Wechselwirkung aufeinander ausüben.
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Aus einer mechanischen Sichtweise heraus heißt das, dass sie aufeinander [[Kraft_und_Impuls|Kräfte ausüben und Impuls austauschen]]. Ein Gegenstand verliert Impuls, der andere Gegenstand erhält den Impuls.
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Offensichtlich besteht eine Wechselwirkung zwischen jeweils passenden ähnlichen Eigenschaften von Gegenständen. Es gibt drei verschiedene physikalische Eigenschaften, die Wechselwirkungen hervorrufen<ref>Außerdem gibt es noch die starke und die schwache Wechselwirkung. Meistens wird die elektro-magnetische WW nur als eine WW gezählt, dann sind es 4 WW. Die starke WW ist unter anderem dafür verantwortlich, dass die Atomkerne zusammenhalten. Die schwache WW ist beim radioaktiven Zerfall von Bedeutung.</ref>.
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;Averröes (1126-1198):
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:"Der Magnet ''verändert'' die Teile des ''Mediums'', z.B. Luft oder Wasser, wenn er sie berührt, und diese verändern dann die nächsten Teile und so weiter, bis der Magnetismus das Eisen erreicht, in dem eine Wirkkraft hervorgerufen wird, die verursacht, dass es sich dem Magneten nähert."
  
'''1)''' Die (schwere) Masse (<math>m</math> in Kilogramm, <math>\rm kg</math>)
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;Descartes (1596-1650):
:Alle Gegenstände mit einer (schweren) Masse , werden gegenseitig angezogen. ("Schwere Masse ist homosexuell." ;)
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[[Datei:Descartes_Aetherwirbel.jpg|thumb|Der Äther transportiert mit Wirbeln die Planeten um die Sonne.]]
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[[Datei:Descartes_magnetic_field.jpg|thumb|300px|Descartes Darstellung des Erdmagnetfeldes.]]
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;Newton (1642-1726):
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:„Es ist undenkbar, dass leblose, rohe Materie auf andere […] Materie wirken sollte, ohne direkten Kontakt und ohne die Vermittlung von etwas anderem, das nicht materiell ist. Dass die Gravitation eine angeborene, inhärente und wesentliche (Eigenschaft) der Materie sein soll, so dass ein Körper auf einen anderen über eine Entfernung durch Vakuum hindurch und ohne die Vermittlung von etwas Sonstigem wirken soll, […], ist für mich eine so große Absurdität, dass ich glaube, kein Mensch, der eine in philosophischen Dingen geschulte Denkfähigkeit hat, kann sich dem jemals anschließen. ''Gravitation muss durch einen Vermittler erzeugt werden, welcher gleichmäßig nach bestimmten Gesetzen wirkt. Aber ob dieser Vermittler materiell oder immateriell ist, habe ich der Überlegung meiner Leser überlassen''.
  
'''2)''' Die elektrische Ladung (<math>Q</math> in "Coulomb", <math>1\,\rm C=1\,\rm A\,s</math>), die positiv oder negativ sein kann.
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:(Brief von Isaac Newton an Richard Bentley von 1692/1693 - in: Herbert Westren Turnbull, The correspondence of Isaac Newton 1961, Vol. III, S. 253-254) <ref>„It is unconceivable that inanimate brute matter should (without the mediation of something else which is not material) operate upon and affect other matter without mutual contact; as it must if gravitation in the sense of Epicurus be essential and inherent in it. And this is one reason why I desired you would not ascribe innate gravity to me. That gravity should be innate inherent and essential to matter so that one body may act upon another at a distance through a vacuum without the mediation of any thing else by and through which their action or force may be conveyed from one to another is to me so great an absurdity that I believe no man who has in philosophical matters any competent faculty of thinking can ever fall into it. Gravity must be caused by an agent acting constantly according to certain laws, but whether this agent be material or immaterial is a question I have left to the consideration of my readers.“
:Elektrisch gleichnamige Gegenstände werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen. ("Elektrische und Magnetische Ladung sind hetero und homophob<ref>Siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Homophobie Wikipedia: Homophobie]</ref> ." ;)
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'''3)''' Die magnetische Ladung<ref>Die magnetische Ladung wird auch als [http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostatik Polstärke <math>p</math>] bezeichnet.</ref> (<math>Q_m</math> in "Weber", <math>1\,\rm Wb=1\,\rm V\,s</math>), die Nordpol- oder Südpolladung sein kann.
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zitiert nach Wikipedia: [http://de.wikipedia.org/wiki/Fernwirkung_%28Physik%29 Fernwirkung (Physik)]</ref>  
:Die Enden zweier Gegenstände mit gleichnamigen magnetischen Ladungen werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen.
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*Die Wechselwirkung ist umso größer, je größer die Massen, die elektrischen oder die magnetischen Ladungen sind.
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;Faraday (1791–1867):  
:Zwei ungleichnamige elektrische oder magnetische Ladungen schwächen sich in ihrer gemeinsamen Wirkung.
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*Außerdem steigt die Wirkung bei kleinerem Abstand.
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:"Viele Kräfte wirken offenbar aus der Ferne; ihre physikalische Natur ist uns unverständlich. Trotzdem können wir viel Wahres und Sicheres über sie erfahren, unter anderem über die Eigenschaften des Raumes zwischen dem Körper, der wirkt, und dem, auf den gewirkt wird, oder zwischen zwei aufeinander wirkenden Körpern. Derartige Kräfte werden uns in Erscheinungen wie Schwerkraft, Licht, Elektrizität, Magnetismus usw. offenbart. [...]
  
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:[...] um den Magneten herum, und durch diesen erhalten muß ein Zustand bestanden haben, [...] der die physikalische Beschaffenheit der magnetischen Kraftlinien beweist. Worin dieser Zustand besteht oder wovon er abhängt, kann man noch nicht sagen. Möglicherweise hängt er, wie ein Lichtstrahl, vom Äther ab;[...] Vielleicht hängt er von einem Spannungs- oder Schwingungszustand ab[...] Experimentell genommen ''ist der bloße Raum magnetisch'', aber in diesem Fall muß der Begriff eines bloßen Raumes ''auch'' denjenigen des ''Äthers'' einschließen; [...]"<ref>"Über die physikalischen Linien der magnetischen Kraft (1855)", zitiert nach [[Exzerpte_der_physik-geschichtlichen_Literatur#Titel|Sambursky]], S. 533-537</ref>
  
 
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;Einstein (1879-1955): Gravitation durch Krümmung der 4dim Raum-Zeit
 
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;Quantenfeldtheorie: (Feynman),
 
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====Ladungsträger im Atommodell====
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Bild:Festkörper_Isolator.png|Das Modell eines Isolators.
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Bild:Festkörper_Leiter.png|Das Modell eines Leiters.
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Bild:Festmagnet_Weiss-Bezirke_unmagnetisch.png|Das Modell eines magnetisierbaren Gegenstandes.
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*Ein Atom besteht aus einem "festen" Kern aus Protonen und Neutronen mit "weicher" Elektronenhülle. (Entscheidend ist der Energieaufwand!)
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*Alle Materiebausteine tragen schwere Ladungen (Masse).
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*Protonen tragen positive Ladung und Elektronen negative Ladung.
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*Manche Atome (Fe, Co, Ni) oder Legierungen sind durch die Art ihrer Elektronenhülle ein kleiner Magnet/magnetischer Dipol. (Tragen sowohl Nord- als auch Südpolladung.)<ref>Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Dauermagnet#Dauermagnetmaterialien Dauermagnetmaterialien] <br>[http://www.heise.de/tp/artikel/26/26091/1.html IBM sucht die Super-Festplatte] Artikel bei heise online über eine "Super-Festplatte", welche die Magnetisierung einzelner Eisenatome zur Datenspeicherung verwendet. <br/> [http://www.ssc.rwth-aachen.de/index.php?menuID=3 Schöne Bilder von atomarer Magnetstruktur] (Prof. Dr. rer. nat. Dronskowski (Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen))</ref>
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*In Festkörpern sind die Atome nur schwer verschiebbar, oft in einer regelmäßigen Kristall-Struktur.
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*Die äußere Elektronenhülle ist bei manchen Festkörpern ("Leiter") "leicht" verschiebbar, bei anderen ("Isolator") nicht.
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*Die atomaren Magnete sind je nach Art des Festkörpers mehr oder weniger leicht auszurichten.
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====Entstehung der Ursachen / Ladungen====
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Bild:Ladungsverschiebung.png|Elektronen sind vom oberen auf den unteren Gegenstand gebracht worden.
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Bild:Ladungsverschiebung_einfach.png|Dadurch ist der obere Gegenstand positiv, der untere negativ geladen.
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Bild:leer.jpg
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Bild:Festmagnet_Weiss-Bezirke_magnetisch.png|Bei einem Festmagneten sind die atomaren Magnete überwiegend gleich ausgerichtet.
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Bild:Festmagnet_vollständig_magnetisiert.png|Dieser Festmagnet ist sogar vollständig magnetisiert.
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Bild:Festmagnet_mit_Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen.
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Bild:Elektret teilweise polarisiert.png|Bei diesem Elektret<ref>Elektrete sind das elektrische Analogon zu Magneten. Sie enthalten atomare elektrische Dipole, die dauerhaft in eine bestimmte Richtung zeigen können. Dadurch entstehen an den Rändern Polarisationsladungen. (Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektret Elektret]) Hauptanwendung ist die Herstellung von Elektretmikrophonen. (Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektretmikrofon Elektretmikrophon])</ref> sind die atomaren Dipole überwiegend gleich ausgerichtet.
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Bild:Elektret vollständig polarisiert.png|Dieser Elektret ist sogar vollständig polarisiert.
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Bild:Elektret mit Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen.
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*Um einen Gegenstand elektrisch zu laden kann man elektrische Ladungen verschieben, man kann sie nicht erzeugen.
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*Um einen Gegenstand zu magnetisieren, muss man seine atomaren Magnete ausrichten.
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**Bei der Magnetisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel Nordpol- wie Südpolladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
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**Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Magnete eines magnetisierbaren Gegenstandes beweglich.
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*Um einen Gegenstand zu polarisieren, muss man seine atomaren elektrischen Dipole ausrichten.
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**Bei der Polarisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel positive wie negative Ladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
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**Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Dipole eines polarisierbaren Gegenstandes beweglich.
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*Bringt man positive und negative Ladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
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*Bringt man Nordpolladung und Südpolladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
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*Ein Gegenstand mit ebensoviel positiver wie negativer Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
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*Ein Gegenstand mit ebensoviel Nordpol- wie Südpol-Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
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====Vergleiche====
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=====Stärke=====
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Im Alltag ist die magnetische Wechselwirkung am stärksten. Schon kleine Magnete werden mit großen Kräften zusammengezogen. Elektrische Kräfte, wie zwischen zwei geriebenen Luftballons sind verhältnismäßig klein.
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Erst bei großen Massen wie der Erde ist die schwere Wechselwirkung deutlich spürbar.
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=====Reichweite=====
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*Es gibt keine negative Massen.
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*Die meisten Gegenstände enthalten fast gleichviel positive und negative elektrische Ladung. (Weil gleichnamige Ladung voneinander abgestoßen wird, ist es schwer elektrische Ladung anzuhäufen.)
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*Alle Gegenstände enthalten gleichviel Nord- und Südpolladung.
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Im Gegensatz zur elektrischen Ladung kann man von schwerer Masse ganz viel anhäufen. In einem großen Abstand wirkt daher nur noch die Gravitation von massereichen Gegenständen, wie Erde, Mond oder Sonne. Bei einem Magnet heben sich in größerer Entfernung die Wirkung der beiden Pole auf.
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=====Beweglichkeit/Magnetisierung/Polarisierung/Influenz<ref>Die Begriffe Influenz und Polarisierung beschreiben die Veränderung eines Gegenstandes in der Nähe von elektrischen oder magnetischen Ladungen. Man kann also von elektrischer oder magnetischer Polarisation/Influenz sprechen. Bei Magneten hat sich zusätzlich der Begriff der Magnetisierung eingebürgert. Von "Elektrisierung" dagegen spricht man im physikalischen Sinne nicht. Dieser Begriff wird eher umgangssprachlich für eine Verschiebung der elektrischen Ladung benutzt.</ref>=====
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<gallery widths=260px heights=100px  perrow=3 >
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Bild:Influenz_magnetisch_1.png|'''Magnetisierung (magnetische Influenz):''' Ein unmagnetischer aber magnetisierbarer Gegenstand.
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Bild:Influenz_magnetisch_2.png|Wird in der Nähe eines Südpols magnetisiert.
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Bild:Influenz_magnetisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen.
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Bild:Influenz_elektrisch_1.png|'''Verschiebungspolarisation (elektrische Influenz):''' Ein Isolator wird in der Nähe eines geladenen Gegenstandes...
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Bild:Influenz_elektrisch_2.png|polarisiert. Die Elektronenhüllen verschieben sich.
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Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen.
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Bild:Influenz_Wasser_1.png|'''Orientierungspolarisation (elektrische Influenz):''' Haben die Moleküle einen elektrischen Dipol (zB Wasser)...
+
Bild:Influenz_Wasser_2.png|so werden die Moleküle gedreht.
+
Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Nach Außen ergibt sich das gleiche Ergebnis wie bei der Verschiebung der Elektronenhüllen.
+
Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_1.png|'''Ladungsverschiebung (elektrische Influenz):''' Bei einem Leiter werden in der Nähe eines geladenen Gegenstandes...
+
Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_2.png|Ladungen verschoben.
+
Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_3.png|Der Gegenstand ist nicht polarisiert. <br>Es entsteht trotzdem ein elektrischer Dipol.
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</gallery>
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*Elektrische Ladung ist in einigen Stoffen sehr beweglich, in anderen nicht.
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*Magnetische Ladung ist immer fest an den magnetisierten Gegenstand gebunden.
+
 
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*In einem elektrisch neutralen Gegenstand werden in der Nähe eines elektrisch geladenen Gegenstandes die Ladungen verschoben. (elektrische Influenz)
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*In einem magnetisierbaren Gegenstand werden in der Nähe einer magnetischen Ladung die atomaren Magnete ausgerichtet. (magnetische Influenz)
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*Elektrische Ladungen lassen sich nur sehr schlecht speichern/anhäufen. Elektrische Ladungen lassen sich nur schwer trennen.
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*Ein Gramm Kupfer hat eine positive Ladung von fast 3 Millionen Coulomb!
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*Bei Nichtleitern gibt es keine frei beweglichen Elektronen, aber die Elektronenhülle ist trotzdem verschiebbar.
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==Häufige Fehler==
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*Die Magnetpole befinden sich an den Enden der Magnetisierung. Es ist sinnvoll diese farbig zu markieren. Häufig wird aber eine ganze Hälfte eines Permanentmagneten grün oder rot gezeichnet.
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==Fußnoten==
 
==Fußnoten==
 
<references />
 
<references />

Version vom 7. Februar 2017, 11:04 Uhr

Der Begriff des Feldes in der Geschichte der Physik

Lucrez (ca. 99-55 v.Chr.)
"Lucrez erinnert zuerst an die beständigen, äußerst schnellen und stürmischen Bewegungen der feinen Atome, die in den Poren aller Körper zirkulieren und von ihrer Oberfläche ausstrahlen. Jeder Körper sendet nach dieser Anschauung nach allen Seiten Ströme solcher Atome, welche eine unaufhörliche Wechselwirkung zwischen allen Gegenständen im Raume herstellen. [...] Lucrez lehrt uns, daß vom Magneten eine so heftige Ausströmung stattfindet, daß sie durch Verdrängung der Luft einen leeren Raum zwischen dem Magneten und dem Eisen bewirkt, in welchen dieses hineinstürzt. [...] jene Wirkung [soll] dadurch hervorgebracht werden, daß jeder Körper beständig von allen Seiten von Stößen der Luftatome getroffen wird und daher nach derjenigen Richtung weichen muß, in welcher eine Lücke sich bietet, wenn nicht entweder sein Gewicht zu groß, oder dagegen seine Dichtigkeit so gering ist, daß die Luftströme unbehindert durch die Poren des Körpers ihren Weg nehmen können. Hieraus wird uns denn auch klargemacht, weshalb gerade das Eisen so heftig vom Magnet angezogen wird. Unser Lehrgedicht führt dies einfach auf seine Struktur und sein spezifisches Gewicht zurück, indem die übrigen Körper teils, wie das Gold, zu schwer seien, um durch jene Ströme bewegt und durch den luftleeren Raum an den Magnetstein herangedrängt zu werden, teils, wie das Holz, so porös, daß die Ströme frei und also ohne mechanischen Anstoß hindurchfliegen können."[1]
Averröes (1126-1198)
"Der Magnet verändert die Teile des Mediums, z.B. Luft oder Wasser, wenn er sie berührt, und diese verändern dann die nächsten Teile und so weiter, bis der Magnetismus das Eisen erreicht, in dem eine Wirkkraft hervorgerufen wird, die verursacht, dass es sich dem Magneten nähert."
Descartes (1596-1650)
Der Äther transportiert mit Wirbeln die Planeten um die Sonne.
Descartes Darstellung des Erdmagnetfeldes.


Newton (1642-1726)
„Es ist undenkbar, dass leblose, rohe Materie auf andere […] Materie wirken sollte, ohne direkten Kontakt und ohne die Vermittlung von etwas anderem, das nicht materiell ist. Dass die Gravitation eine angeborene, inhärente und wesentliche (Eigenschaft) der Materie sein soll, so dass ein Körper auf einen anderen über eine Entfernung durch Vakuum hindurch und ohne die Vermittlung von etwas Sonstigem wirken soll, […], ist für mich eine so große Absurdität, dass ich glaube, kein Mensch, der eine in philosophischen Dingen geschulte Denkfähigkeit hat, kann sich dem jemals anschließen. Gravitation muss durch einen Vermittler erzeugt werden, welcher gleichmäßig nach bestimmten Gesetzen wirkt. Aber ob dieser Vermittler materiell oder immateriell ist, habe ich der Überlegung meiner Leser überlassen.“
(Brief von Isaac Newton an Richard Bentley von 1692/1693 - in: Herbert Westren Turnbull, The correspondence of Isaac Newton 1961, Vol. III, S. 253-254) [2]
Faraday (1791–1867)
"Viele Kräfte wirken offenbar aus der Ferne; ihre physikalische Natur ist uns unverständlich. Trotzdem können wir viel Wahres und Sicheres über sie erfahren, unter anderem über die Eigenschaften des Raumes zwischen dem Körper, der wirkt, und dem, auf den gewirkt wird, oder zwischen zwei aufeinander wirkenden Körpern. Derartige Kräfte werden uns in Erscheinungen wie Schwerkraft, Licht, Elektrizität, Magnetismus usw. offenbart. [...]
[...] um den Magneten herum, und durch diesen erhalten muß ein Zustand bestanden haben, [...] der die physikalische Beschaffenheit der magnetischen Kraftlinien beweist. Worin dieser Zustand besteht oder wovon er abhängt, kann man noch nicht sagen. Möglicherweise hängt er, wie ein Lichtstrahl, vom Äther ab;[...] Vielleicht hängt er von einem Spannungs- oder Schwingungszustand ab[...] Experimentell genommen ist der bloße Raum magnetisch, aber in diesem Fall muß der Begriff eines bloßen Raumes auch denjenigen des Äthers einschließen; [...]"[3]
Einstein (1879-1955)
Gravitation durch Krümmung der 4dim Raum-Zeit
Quantenfeldtheorie
(Feynman),

Fußnoten

  1. Friedrich Albert Lange: Geschichte des Materialismus und Kritik seiner Bedeutung in der Gegenwart, 1873, S. 218
  2. „It is unconceivable that inanimate brute matter should (without the mediation of something else which is not material) operate upon and affect other matter without mutual contact; as it must if gravitation in the sense of Epicurus be essential and inherent in it. And this is one reason why I desired you would not ascribe innate gravity to me. That gravity should be innate inherent and essential to matter so that one body may act upon another at a distance through a vacuum without the mediation of any thing else by and through which their action or force may be conveyed from one to another is to me so great an absurdity that I believe no man who has in philosophical matters any competent faculty of thinking can ever fall into it. Gravity must be caused by an agent acting constantly according to certain laws, but whether this agent be material or immaterial is a question I have left to the consideration of my readers.“ zitiert nach Wikipedia: Fernwirkung (Physik)
  3. "Über die physikalischen Linien der magnetischen Kraft (1855)", zitiert nach Sambursky, S. 533-537