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Felder – was ist das? - wuhnsen.de

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Felder – was ist das?
Was genau die Begriffe „elektrisches Feld" oder „magnetisches Feld" bedeuten, ist zwar
wissenschaftlich wohl definiert, aber trotzdem ausgesprochen unanschaulich. Für die
Wahrnehmung elektrischer oder magnetischer Felder besitzt der Mensch kein einschlägiges
Sinnesorgan. Wir müssen uns daher mit Messgeräten und mit indirekten, über Experimente
vermittelten Erfahrungen begnügen. Einen guten Teil ihrer Brisanz gewinnt die Diskussion
um mögliche Auswirkungen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder
gerade daraus, dass solche Felder unsichtbar, buchstäblich „unfassbar" sind.
In Physik und Technik wird der Begriff „Feld" generell dazu benutzt, Zustände
und Wirkungen im Raum zu beschreiben. Ein alltägliches Beispiel für das
Vorhandensein elektrischer Felder sind die Bildschirme von Computern oder
Fernsehgeräten, die den Staub anziehen, weil sie elektrisch geladen sind. Und
ein jedem bekanntes Beispiel für die Wirkung eines magnetischen Feldes ist die
Ausrichtung der Kompassnadel in Nord-Süd-Richtung (Bild 1).
Ein wesentlicher Erklärungsansatz für Entstehung und Wirkung solcher Felder
findet sich in der Theorie vom Elektromagnetismus, die weitestgehend im 19.
Jahrhundert von James Clerk Maxwell (Bild 2, Biografie hinten) entwickelt
wurde und in den sogenannten Maxwellschen Gleichungen vollständig
dargestellt ist. Diese Theorie geht von der experimentellen Beobachtung aus,
dass zwischen elektrischen Ladungen eine Kraft wirkt, also Ladungen sich
gegenseitig in ihrer näheren Umgebung beeinflussen. Maxwells Gleichungen,
die elektrische und magnetische Erscheinungen miteinander verknüpfen,
ermöglichen eine genaue Bestimmung der Stärke und Richtung dieser Kraft.
Es gibt zwei Formen dieser Kraft. Die elektrostatische Kraft geht von ruhenden elektrischen
Ladungen aus (Bild 3). Die magnetische Kraft tritt auf, wenn sich Ladungen bewegen (Bild
4), beispielsweise Elektronen in einem elektrischen Leiter. Um diese Kräfte und ihre
räumliche Verteilung zu beschreiben, haben Physiker und Mathematiker den Begriff „Feld"
geprägt. Sie sprechen allgemein von Kraftfeldern oder im Speziellen von elektrischen und
magnetischen Feldern.
Peter Wuhnsen, 08.10.2007
Felder können durch schematische Darstellung ihrer
Kraftlinien anschaulich gemacht werden (Bild 5). An jedem
beliebigen Punkt im Raum wird dadurch die Richtung der
Kraft erkennbar, die auf eine Ladung an diesem Punkt
wirkt. Magnetische Feldlinien weisen beispielsweise in die
Richtung, in die unter ihrem Einfluss ein kleiner Magnet
(wie eine Kompassnadel, s. Bild 1) ausgerichtet wird. Die
Dichte der Feldlinien ist ein Maß für die Kraft.
Biografischer Text:
Maxwell, James Clerk (1831-1879), britischer Physiker. Er
wurde in Edinburgh geboren und studierte an den
Universitäten von Edinburgh und Cambridge. Von 1856 bis
1860 war er Professor für Physik an der Universität von
Aberdeen, anschließend am King's College in London.
1871 wurde er der erste Professor für Experimentalphysik
in Cambridge und Gründer des dortigen Cavendish
Laboratory. Maxwells Forschungsarbeiten und Schriften auf dem Gebiet des
Elektromagnetismus ließen ihn zu einem der bedeutendsten Wissenschaftler des
19. Jahrhunderts werden. Weitere wichtige Beiträge leistete er mit der kinetischen Gastheorie,
die die physikalischen Eigenschaften und das Wesen der Gase erklärte, und mit seinen
Untersuchungen zur Farbwahrnehmung und den Prinzipien der Thermodynamik.
Maxwell erweiterte die Forschungsarbeiten Michael Faradays über elektromagnetische
Felder und veranschaulichte die mathematische Beziehung zwischen elektrischen und
magnetischen Feldern. Er zeigte auch, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen besteht.
Sein bedeutendstes Werk ist Treatise on Electricity and Magnetism (1873). In dieser Arbeit
formulierte er die vier Grundgleichungen der Elektrodynamik, die das Wesen
elektromagnetischer Felder in Raum und Zeit beschreiben (Maxwellsche Gleichungen).
Maxwells Werk ebnete den Weg für die Untersuchungen von Heinrich Rudolf Hertz, der
Experimente zur Bestätigung von Maxwells Theorien durchführte. Darüber hinaus trugen
seine Theorien wesentlich zur Bestimmung der numerischen Gleichförmigkeit der
Lichtgeschwindigkeit im CGS-System und des Verhältnisses zwischen elektromagnetischen
und elektrostatischen Einheiten bei. Die Einheit des magnetischen Flusses im CGS-System,
das Maxwell, wurde nach ihm benannt. Weitere wichtige Werke Maxwells sind Theory of
Heat (1877) und Matter and Motion (1876).
"Maxwell, James Clerk," Microsoft® Encarta® Enzyklopädie 2000. © 1993-1999 Microsoft
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Peter Wuhnsen, 08.10.2007
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