Energieerhaltung elektromagnetischer Strahlung

FrankSpecht

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Moin,

es gibt in diesem Forum zwei Fragen, deren Antworen mich auch brennend interessieren:

1.)
Wie kann denn ein SL Gravitonen aussenden wenn dort nichts mehr entkommen kann?

2.)
... wie funktioniert ein Magnet und wieso verbraucht sich seine Energie nicht.

Joachim hat zu 1.) bereits eine Antwort gegeben:
Das schwarze Loch muss, um gravitativ zu wirken, ebenso wenig Gravitonen aussenden, wie eine statische elektrische Ladung Photonen aussenden muss um elektrostatische Anziehung auszuüben. Nur beschleunigte Ladungen senden Photonen aus und nur beschleunigte schwarze Löcher senden Gravitationswellen aus. Dabei entstehen die Wellen weder bei der Ladung noch bei beim schwarzen Loch im Ladungs- oder Massenzentrum, sondern in dem das Objekt umgebende Feld. Die Antwort ist also: Zur gravitativen Anziehung müssen keine Gravitonen durch den Ereignishorizont entkommen.

Was mir Schwierigkeiten bereitet ist die Frage: Was baut das Feld auf?
Annahme: Ein Stern mit 10facher Sonnenmasse hat eine seiner Masse äquivalente Gravitation. Nun kollabiert dieser Stern zum Schwarzen Loch. Was passiert nach dem Kollaps mit dem Gravitationsfeld?
Licht darf nicht mehr entkommen, Gravitonen aber doch?
Ich verstehe Joachims Antwort mit dem Feld nicht. Warum müssen keine Gravitonen entkommen?

Das gleiche beim Magneten: Wieso funktioniert ein magnetischer Körper dauerhaft (zumindest nahezu) ohne Energiezufuhr?

Ich habe immer die Vorstellung: Wenn etwas strahlt, verbraucht es Energie. Wenn etwas lange strahlt, dann braucht es weniger Energie. Je weniger Energie verbraucht wird, desto weniger Energie wurde vorher in das Objekt investiert.

Liege ich da irgendwie konform mit dem aktuellen Wissensstand?
 

Ich

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Ich verstehe Joachims Antwort mit dem Feld nicht. Warum müssen keine Gravitonen entkommen?
Gravitonen sind die Quantisierung von Störungen des "Gravitationsfeldes", genau wie Photonen die Quantisierung von Störungen des EM-Feldes sind.
D.h. wenn jetzt irgendwo im Schwarzen Loch Gravitationswellen erzeugt würden (wobei die Vorstellung an sich problematisch ist), dann können die tatsächlich nicht raus. Niemand wird je davon erfahren.
Das statische Feld ist mehr oder minder das eingefrorene Feld des Sterns, der da vorher war. Da tut sich nix, und da hat's auch keine Gravitonen. Höchstens virtuelle, aber mit sowas fangen wir gar nicht erst an.
Ich habe immer die Vorstellung: Wenn etwas strahlt, verbraucht es Energie.
Was sagt uns das? Dass weder ein SL noch ein Magnet strahlt. Da verstehe ich das Problem nicht. Kann es sein, dass du virtuelle Teilchen als echt betrachtest? Ich wüßte sonst nicht, wie sonst die Vorstellung eines strahlenden Magneten entstanden sein soll.
 

pauli

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Das gleiche beim Magneten: Wieso funktioniert ein magnetischer Körper dauerhaft (zumindest nahezu) ohne Energiezufuhr?

Ich habe immer die Vorstellung: Wenn etwas strahlt, verbraucht es Energie. Wenn etwas lange strahlt, dann braucht es weniger Energie. Je weniger Energie verbraucht wird, desto weniger Energie wurde vorher in das Objekt investiert.
Meine in einem anderen Forum ähnlich gestellte Frage wurde so beantwortet:
Das Aufbauen von Feldern kostet Energie, das abbauen (entspannen) von Feldern bringt kinetische Energie. Nur zum Aufrechterhalten eines Feldes wird keine Energie gebraucht. Eine zwischen zwei Haken gespannte Feder hält ja auch unbegrenzt ohne dass man den Haken ständig Energie zuführen muss.
 

pauli

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hi Joachim,
ich weiß, habe deshalb auch den Link gesetzt, wollte es nur nicht jetzt rein auf deine Person beschränken
 

komet007

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Eine zwischen zwei Haken gespannte Feder hält ja auch unbegrenzt ohne dass man den Haken ständig Energie zuführen muss.

Die Erklärung ist ja ganz nett. Die Feder ist hierbei allerdings das Medium, worüber eine Kraft übertragen wird. Welches Medium überträgt dann ein Gravitationsfeld?
 

Orbit

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komet007
Welches Medium überträgt dann ein Gravitationsfeld?
Zur Formulierung: Ein Feld wird nicht übertragen, es überträgt. Und mit der Frage nach dem Medium beginnst Du fast wieder bei Adam und Eva. Deine Frage ist doch längst beantwortet: Elektromagnetische Felder existieren ohne Medium, und das gilt auch für Gravitationsfelder.
Oder habe ich Deine Frage falsch verstanden? Eigentlich hoffe ich das - für Dich.
Orbit
 

pauli

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Joachims Vergleich mit der Feder habe ich als bildliches Beispiel verstanden:
a) Energieaufwand zum Spannen der Feder
b) gespannte Feder einhacken, weiter ist keine Energie erforderlich
c) Feder aushacken, die in a) eingesetzte Energie wird wieder freigesetzt
Dass in diesem Fall die Feder ein Medium darstellt, habe ich zumindest nicht weiter beachtet
 

Joachim

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Hallo,

Die Erklärung ist ja ganz nett. Die Feder ist hierbei allerdings das Medium, worüber eine Kraft übertragen wird. Welches Medium überträgt dann ein Gravitationsfeld?

Die Feder ist als Bild für das Feld gedacht. Deshalb müsste man wohl sagen: Das Gravitationsfeld ist dein Medium. Genauer: Der Raum hat eine messbare Krümmung. Diese macht sich zum Beispiel bei Messungen von Winkelsummen in Dreiecken bemerkbar. Die Krümmung des Raumes überträgt nun Kräfte und ich sehe nach wie vor keinen Grund, warum Energie nötig sein sollte, um die Krümmung so zu lassen wie sie ist. Änderungen der Krümmung setzten Energie um, so wie Änderungen der Federspannung Energie umsetzen.

Ich hoffe, jetzt ist es klarer:
Die Feder entspricht dem Raum, die Spannung der Feder entspricht der Krümmung des Raumes.

Gruß,
Joachim (der den Vergleich einfach nicht vergessen will)
 

ins#1

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das mit der Gravitation kann ich mir irgendwie versinnbildlichen. Und auch wie ein Magnetfeld in einem E-Motor (Dynamo) Arbeit an den Elektronen verrichtet, wenn die Elektronen durch dessen Feld gezwungen werden. Aber wie im Permanentmagnet selbst das Magnetfeld entsteht ohne dass darin Strom fliesst, ist mir nicht klar.
Wenn ich mir dieses Bild ansehe sieht man, dass das Magnetfeld keine Arbeit verrichtet sondern einfach da ist. Die Struktur der Feldlinien, in der diese Eisenpartikel gezwungen werden, wird es sein, woran ein makroskopisches Objekt im Magnetfeld "koppelt". Das Objekt lässt sich nicht wie das Pulver in die Feldlinien zwingen und wird dadurch gehalten. Dieses komische Beispiel mit einem Magnet der Arbeit gegen die Gravitation verrichtet indem man damit immer und immer wieder ein Objekt vom Boden hochhebt, oder indem man allein durch dessen Anziehungskraft immer wieder ein Objekt anziehen lässt, wieder entfernt usw, hat irgendwo seinen Haken. Genau wie meine Vorstellung von der Sache. Das Magnetfeld (die Energie) des Magnet wird vermutlich nicht schwächer wenn ein Objekt angezogen ist und wird wieder zugeführt, wenn ich mit Kraft das Objekt entferne. Ich glaube ganz klassisch bzw. ohne virtuelle Teilchen bekomme ich die Sache nicht gebacken. Aber durchaus möglich dass ich es klassisch schon falsch verstehe und zu kompliziert denke. Ich lese mich noch ein bisschen durch's Internet, vllt löst sich dann mein Knoten von selbst irgendwann.

http://www.elektronikinfo.de/magnete/magnet.htm#Permanentmagnet

Gruß
ins#1
 
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Orbit

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..immer wieder ein Objekt anziehen lässt, wieder entfernt usw, hat irgendwo seinen Haken
Ist es nicht so, dass beim Anziehen potentielle Energie des Feldes in kinetische der angezogenen Objekte umgewandelt wird und dass die Energieumwandlung mit
...wieder entfernt
rückwärts läuft? Ein Teil der zusätzlich investierten Energie aus meiner Muskulatur ist dann in den neuen Magnetfeldern der nunmehr auch magnetisierten Feilspäne gespeichert. So gesehen wäre für mich der 'Haken' gerade gebogen.
Orbit
 
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jonas

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Halt Stop, Moment ... *g*

Die Energie steckt im angezogenen Objekt, und nicht im anziehenden Magneten. Es sei denn, dass der Magnet selbst das angezogene Objekt ist, weil das Eisen, auf das er springt, fixiert ist.
 

Orbit

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Hab ich etwas anderes gesagt? Ach so, ja. Es müsste heissen
Ist es nicht so, dass beim Anziehen potentielle Energie, welche das angezogene Obkjekt im Magnetfeld hat in kinetische umgewandelt wird?
Gefällt es Dir so besser?
Orbit
 
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SRMeister

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Mal eine kurze Zwischenfrage dazu: Die Physiker beschreiben also mit dem ganzen Quantenphysikaustauschteilchen (z.B. Photonen) nur die Dynamik, aber nicht die Statik? wenn 2 Elektronen sich dauerhaft abstossen, sie aber sich nicht bewegen können, so ist das keine Sache die irgendetwas mit Quantenphysik zu tun hat? Dann habe ich hier schon einiges dazugelernt. Und die ART beschreibt die Statik bei der Gravitation, aber die Dynamik ist noch nicht beschrieben?
 

ins#1

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wenn 2 Elektronen sich dauerhaft abstossen, sie aber sich nicht bewegen können

Wie willst du denn verhindern dass sich (zwei) Elektronen bewegen? Entscheidend dürfte sein, wie genau du hinschaust. Im Atom stecken sie in verschiedenen Orbitalen und sind nicht gerade langsam unterwegs. Beim Magnetismus scheint dann noch die "Gleichrichtung" des Spins innerhalb der Weiss-Bezirke dazu zu kommen, die das magnetische Feld erzeugt. Entschärft wird die ganze Sache imho dadurch noch, dass die Kraftwirkung des Feldes auch nur auf entsprechende Gegenspins anderer Weiss-Bezirke reagiert, und sich diese im Grunde nur in Ferromagnetischen Stoffen bilden.
Wenn ich nicht alles falsch verstanden habe.

Gruß
ins#1
 

FrankSpecht

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Vielen Dank für die zahlreichen aufklärenden Antworten!
Ich habe zwar noch nicht alles verstanden, aber jede Menge neuer Stichwörter zur weiteren Suche erhalten...

Meine in einem anderen Forum ähnlich gestellte Frage wurde so beantwortet:
Stimmt, das hatte ich sogar gelesen :eek:
 
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Joachim

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Hi SRMeister,

Mal eine kurze Zwischenfrage dazu: Die Physiker beschreiben also mit dem ganzen Quantenphysikaustauschteilchen (z.B. Photonen) nur die Dynamik, aber nicht die Statik?

Jein, mit den Austauschteilchen arbeitet man am besten, wenn man Streuprozesse beschreiben will. Diese sind natürlich immer dynamisch. Das bedeutet aber nicht, dass man nicht auch statische Probleme Quantenmechanisch behandeln könnte. In dem Fall aber berechnet man tatsächlich den Grundzustand eines Systems und das ist eine Wellenfunktion, deren Einhüllende zeitlich konstant ist.

Und natürlich kann man auch im Rahmen der ART Dynamik betreiben. Das ist dann ähnlich wie in der Elektrodynamik. Man beschreibt also mit Differentialgleichungen die gegenseitige Beeinflussung von Ladungen und Feldern. Allerdings mit dem erheblichen Unterschied, dass die ART nicht linear ist und daher Näherungslösungen oder Computersimulationen die Mittel der Wahl sind, weil es meist keine analytischen Lösungen gibt.

Der Punkt, auf den es hier ankommt ist, dass die ART eben eine klassische Feldtheorie ist und eher mit der klassischen Elektrodynamik zu vergleichen ist als mit der Quantenelektrodynamik. Daher sollte man erstmal ohne auf Gravitonen Rücksicht zu nehmen die Eigenschaften der Raumkrümmung betrachten.

Gruß,
Joachim
 
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