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Beschleunigte Ladung


Elektrotechnik


Basiswissen


Als beschleunigte nennt man eine elektrische Ladung, wenn ihr Träger (Elektron, Proton etc.) seine Geschwindigkeit verändert. Da ist hier - mit einem Paradoxon am Ende des Artikels - kurz vorgestellt.

Was heißt Ladung?


Ladung meint hier eine elektrische Ladung. Eine elektrische Ladung kann entweder positiv oder negativ sein. Beispiele für Teilchen mit einer elektrischen Ladungen sind Elektronen, Proton, Positronen oder Ionen. Siehe auch elektrische Ladung ↗

Was heißt beschleunigt?


Beschleunigt heißt hier, dass ein Teilchen oder ein Körper allgemein, der eine elektrische Ladung trägt, gerade beschleunigt wird. Eine beschleunigte Ladung ist also ein elektrisch geladenes Objekt im Zustand der Beschleunigung. Beschleunigung heißt, dass das Objekte seine Geschwindigkeit verändert. Wird etwas schneller spricht man von Beschleunigung im engeren Sinn. Wird etwas langsamer, spricht man von einer Bremsung, Verzögerung oder von einer negativen Beschleunigung. Zerlegt man eine Bewegung in verschiedene Komponenten, dann kann auch jede Änderung der Richtung einer Bewegung als Beschleunigung aufgefasst werden. Mehr dazu steht im Artikel Beschleunigung ↗

Wo kommen beschleunigte Ladungen in der Natur vor?


Im Weltraum ziehen schwere Himmelskörper oft geladene Teilchen stark an, zum Beispiel schwarze Löcher. Auf der Erde ist es das Erdmagnetfeld das zum Beispiel Teilchen des sogenannten Sonnenwindes in ihrer Bewegungsrichtung stark verändert, also beschleunigt. Das erscheint uns im Endeffekt als Polarlicht ↗

Wo kommen beschleunigte Ladungen in der Technik vor?


In der Medizin verwendet man beschleunigte Ladungen unter anderem zur Herstellung diagnostisch wichtiger radioaktiver Substanzen. Auch Röntgenstrahlung beruht als sogenannte Bremsstrahlung letztendlich auf gebremster, also negativ beschleunigter Ladung. Hin und her schwingende elektrische Dipole sind der Grundbaustein aller elektromagnetischen Sender wie zum Beispiel Radio- oder Funksender. In physikalischen Großforschungsanlagen werden beschleunigte Ladungen vor allem dazu erzeugt, um sie letztendlich aufeinanderprallen zu lassen und die Bruchstücke zu untersuchen. Damit will man durch Zerstrümmerung die Materie in ihre kleinsten Bauteile zerlegen. Siehe mehr dazu im Artikel Teilchenbeschleuniger ↗

Beschleunigte Ladungen und elektromagnetische Strahlung


Das Spektrum Lexikon der Physik formuliert eindeutig: "Gemäß der Maxwellschen Theorie muß ein geladenes Teilchen, das sich im Vakuum auf einer gekrümmten Bahn oder beschleunigt bewegt, elektromagnetische Strahlung emittieren. Lediglich bei geradlinig gleichförmiger Bewegung kann ein geladenes Teilchen ohne Strahlung bleiben.[3]" Beispiele für abgestrahlte elektromagnetische Energie in Folge einer beschleunigten Ladung sind:


Beschleunigten Ladung und Energieabstrahlung als Paradoxon


Ein Fall, in dem das angeführt wird ist die Stabilität des Atoms: es wird argumentiert, dass ein Elektron auf einer Kreisbahn um einen Atomkern eine beschleunigte Ladung ist (korrekt) und dass es deshalb Energie abstrahlen müssten, da beschleunigte Ladung immer Energie abstrahlen. Wäre es korrekt, dass beschleunigte Ladungen immer Energie abstrahlen, träten zwei Widersprüche zur Naturbeobachtung auf: a) die vielen Protonen und Elektronen eines anfahrenden oder bremsenden Zuges müssten Energie abstrahlen, (was sie aber nicht tun) und b) nach Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist die Wirkung einer Gravitationskraft physikalisch nicht zu unterscheiden von der Wirkung einer Beschleunigung. Als müssten auch alle elektrischen Ladung im Wirkungsbereich eines Gravitationsfelde Energie abstrahlen. Auch das kann in der Natur so nicht beobachtet werden.

Der Physiker Richard Feynman zum Paradoxon der beschleunigte Ladung


Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman scheibt: "... we have inherited a prejudice that an accelerating charge should radiate", und er argumentiert weiter, dass die übliche Formel für die Leistung einer beschleunigten Ladung in Proportionalität zum Quadrat der Beschleunigung "has led us astray" because it applies only to cyclic or bounded motions."[2] Liegt die Klärung des Paradoxons in der Beschränkung auf "cyclic" und "bounded"? Feynman erklärt an der zitierten Stelle nicht weiter, was er mit cyclic und bounded meint.

Fußnoten