Energie eletromagnetischer Wellen

Hier wird die Relativitätstheorie Einsteins kritisiert oder verteidigt

Moderator: nocheinPoet

Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon fallili » Sonntag 8. Juni 2014, 10:59

Im üblichen Streit mit Kurt ist ein Thema wieder mal untergegangen, das ich daher getrennt behandeln möchte.
Es geht um Energie im allgemeinen und bei elektromagnetischen Wellen im besonderen.
Wahrscheinlich wundern sich nun alle weil da physikalisch alles klar ist, aber ich hab für mich dennoch Probleme entdeckt.

Ausgangspunkt ist eine Aussage von mir, dass sich bei einer einmal ausgesandten Wellen nichts mehr ändert.
Ich nehm als Beispiel einen grünen Laser (den kann man frequenzmäßig schön sichtbar in alle Richtungen verschieben lassen).

Die ausgesandte Energie am Entstehungsort ist eindeutig und klar definierbar. Das ist ein ganz exakt bestimmbarer Wert.
Für einen Beobachter der sich relativ zum Laser bewegt ist die Energie jedoch je nach Bewegungszustand unterschiedlich, der Beobachter kann auch einen roten oder blauen Laserstrahl sehen/messen.

Die Frage die sich mir stellt: Warum ist das so?
Und ich erwarte bzw. es reicht mir keine physikalische Antwort, die sagt "Weil sich die gemessene Frequenz ändert".

Der Energieerhaltungssatz gehört zu den grundlegenden Aussagen über diese Welt. Energie kann nicht vernichtet sondern nur umgewandelt werden. Und da fallen mir zur ausgesandten Energie des grünen Laser der eine Energie von, sagen wir, 1 kJ abstrahlt eben sofort etliche Beispiel ein.
Ich kann damit einen Akku laden (lassen wir alles verlustfrei machen - sonst wird es zu komplex). Ich weiß damit eindeutig wo die Energie nun ist, da ist nun 1 KJ im Akku - ein geladener Akku unterscheidet sich von einem leeren und ich "seh" wo die gesamte Energie ist.
Ich kann die Energie in Wärme umwandeln - wieder unterscheidet sich ein wärmeres Stück Materie vom kälteren - auch hier "sehe" ich wo die gesamte Energie von 1 kJ nun ist.
Wie Manuel als Beispiel brachte, kann ich auch etwas zum Rotieren bringen - auch dort sehe ich, wo die gesamte Energie nun ist - die 1 kJ stecken in der Rotationsenergie - es geht also anscheinend auch mit mechanischen Beispielen.

Und dann verwende ich die Energie des grünen Lasers um eine Kugel zu beschleunigen.
Hat die Kugel nun die Energie von 1 kJ in Form von kinetischer Energie?
Ich weiß, dass ich zum Beschleunigen 1 kJ verbraucht habe. Wo ist dieses eine kJ?
Die kinetische Energie der Kugel ist ja abhängig vom Bewegungszustand des Beobachters.

Damit ist die Kugel direkt vergleichbar mit dem grünen Laserstrahl, auch dessen Energie ist beobachterabhängig.
Hat der grüne Laserstrahl nun eine Energie von 1 kJ oder nicht? Wenn nicht, wo ist dann die Differenzenergie zum einen kJ?
Wie ich sagte - wenn etwas in diesem Universum sicher ist dann der Energieerhaltungssatz.

Physikalisch ist mir das klar, aber erkennnistheoretisch ist mir da gar nichts mehr klar.

Wieso kann ich Energie mal eindeutig einem System zuordnen ( Akku, Wärme - sofern ich da nix falsch sehe) und dann mal wieder nicht (bei kinetischer Energie oder auch bei Lichtwellen).
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon nocheinPoet » Sonntag 8. Juni 2014, 13:38

Ich hatte Dir da schon alles zu geschrieben, das mir einfällt, ist halt so definiert und das schon bei Newton.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon fallili » Sonntag 8. Juni 2014, 13:54

Wenn Du mit der Definition allein zufrieden bist und dann keine Fragen hast ist auch gut - ich bin es eben nicht.

Nehmen wir den einfachsten Fall:
Eine Kugel fliegt durch den Weltraum - die kinetische Energie können wir nicht bestimmen, weil es ja keine absolute Bewegung gibt. Ohne klares v ist keine Angabe zu kinetischer Energie möglich.
Ich kann aber 1000 kJ an Energie reinstecken und die Kugel beschleunigen.
Danach kann ich die kinetische Energie immer noch nicht bestimmen, weil ich das ja noch immer nur gegen einen anderen Beobachter definieren kann.
Die reingestecken 1000 kJ sind aber definitiv weg. Wo sind sie?

Vielleicht hat ja sonstwer irgendeinen Tip für mich.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon nocheinPoet » Sonntag 8. Juni 2014, 14:11

fallili hat geschrieben:
Wenn Du mit der Definition allein zufrieden bist und dann keine Fragen hast ist auch gut - ich bin es eben nicht.

Du ich verstehe die ja auch und kann die nachvollziehen. Ich glaube es nicht nur und schnall nichts, sondern es ist mir einfach klar. Oder logisch? ;)


fallili hat geschrieben:
Nehmen wir den einfachsten Fall: Eine Kugel fliegt durch den Weltraum - die kinetische Energie können wir nicht bestimmen, weil es ja keine absolute Bewegung gibt. Ohne klares v ist keine Angabe zu kinetischer Energie möglich. Ich kann aber 1000 kJ an Energie reinstecken und die Kugel beschleunigen. Danach kann ich die kinetische Energie immer noch nicht bestimmen, weil ich das ja noch immer nur gegen einen anderen Beobachter definieren kann. Die reingesteckten 1000 kJ sind aber definitiv weg. Wo sind sie?

Die sind doch nicht weg, sie haben den Impuls absolut erhöht/verringert, wenn du die Kugel nun aus unterschiedlichen Bezugssystemen nun misst, ist sie schneller oder langsamer geworden, in jedem System wirst Du die 1 MJ als Veränderung der Energie beobachten und messen können. Ist auch so, wenn ein Auto seine Geschwindigkeit ändert, diese Änderung ist selber absolut in allen Systemen.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon fallili » Sonntag 8. Juni 2014, 14:40

@Manuel
Glaub ich Dir ja, das Du es schnallst - nur für mich bleibt es halt unklar.
Dass Differenzen im Impuls auftreten ist auch klar. Aber Impuls ist ja auch eine Sache von Relativbewegung.
Und Geschwindigkeitsänderungen sind ja auch nicht absolut in allen Systemen - wozu brauchen wir sonst die RT?

Und ein Akku in dem ich die Energie speichere, hat diese Energie immer und überall - also sollte Energie in dem Fall etwas absolutes sein (sofern ich nicht da schon einen Denkfehler habe).
Wieso kann bei kinetischer Energie dann daraus etwas relatives werden? Schnall ich eben nicht.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon nocheinPoet » Sonntag 8. Juni 2014, 15:23

Nimm eine Kugel, die hat zur Kanone noch keine kinetische Energie, aber zur Sonne hat sie ganz sicher eine. Suche Dir beliebige Bezugssysteme, bestimme die Energie, sie wird unterschiedlich sein, schreibe die Werte auf. Nun abschießen, die Kugel hat nun gegenüber der Kanone kinetische Energie und in allen anderen Systemen ihre Energie genau um diesen Betrag geändert. Dieser Wert ist absolut. Ich glaube Du verstehst meine Aussagen hin und wieder nicht.

Der Unterschied ist der, kennst Du die Energie vor der Änderung nicht, kannst Du diese nicht bestimmen, da Du keine Differenz berechnen kannst und ein Objekt keine Liste mit den Beschleunigungen speichert. Triffst Du auf ein Objekt, ist die kinetische Energie nur von Deinem Ruhesystem abhängig, das heißt doch aber nicht, dass eine Beschleunigung als Energie verloren geht, das Objekt ändert ja seine Geschwindigkeit und das absolut in allen Systemen.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon fallili » Sonntag 8. Juni 2014, 18:02

nocheinPoet hat geschrieben: Ich glaube Du verstehst meine Aussagen hin und wieder nicht.

Der Unterschied ist der, kennst Du die Energie vor der Änderung nicht, kannst Du diese nicht bestimmen, da Du keine Differenz berechnen kannst und ein Objekt keine Liste mit den Beschleunigungen speichert. Triffst Du auf ein Objekt, ist die kinetische Energie nur von Deinem Ruhesystem abhängig, das heißt doch aber nicht, dass eine Beschleunigung als Energie verloren geht, das Objekt ändert ja seine Geschwindigkeit und das absolut in allen Systemen.


Wird schon so sein, dass ich Deine Aussagen hin und wieder nicht verstehe, aber Du verstehst anscheinend mein Problem nicht.
Es geht darum ob ich den Energiezustand eines Systems kennen kann.

Bei elektrischer Energie scheint es so zu sein, das ich einen absoluten Energiegehalt erkennen kann. Sofern ich da nicht irre - dann würde es mich aber interessieren warum.
Bei kinetischer Energie kann ich keinen absoluten Energiegehalt kennen, ein bewegtes Objekt kann je nach meinem Bewegungszustand sämtliche Werte der kinetischen Energie zwischen Null und (beinahe) mc°2 annehmen.

Da ich jede Energieform in eine dieser beiden Formen umwandeln kann, find ich es halt zumindest nachdenkenswert zu fragen weshalb man einmal Energie in einem "Päckchen" wie bei der Batterie lokalisiert als eindeutige bestimmbaren Wert finden kann und im Fall von kinetischer Energie eben nicht.

Ist ein Unterschied zwischen einer Kugel die sich mit v bewegt und einer die sich nicht bewegt? Die Antwort der Physik ist simpel - es gibt keinen Unterschied, weil sich eine Kugel nicht so "einfach bewegt" sondern sich nur in Bezug zu einem anderen Beobachter bewegt.
Also kann ich in eine Kugel jede Menge Energie reinstecken und diese beschleunigen und dennoch gibt es keinen Unterschied zu einer Kugel die ich erst gar nicht beschleunige.
Ohne jetzt esoterisch klingen zu wollen aber:
Die Kugel "merkt" also nichts davon, dass ihr Energie zugeführt wurde und sie beschleunigt wurde, wohingegen ein Akku schon "merkt" dass ihm Energie zugeführt wird und er geladen wird. Oder auch ein Stück Materie "merkt" das ihm Energie zugeführt wurde und die Temperatur erhöht wurde.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon Artie » Sonntag 8. Juni 2014, 21:21

fallili hat geschrieben:
nocheinPoet hat geschrieben: Ich glaube Du verstehst meine Aussagen hin und wieder nicht.

Der Unterschied ist der, kennst Du die Energie vor der Änderung nicht, kannst Du diese nicht bestimmen, da Du keine Differenz berechnen kannst und ein Objekt keine Liste mit den Beschleunigungen speichert. Triffst Du auf ein Objekt, ist die kinetische Energie nur von Deinem Ruhesystem abhängig, das heißt doch aber nicht, dass eine Beschleunigung als Energie verloren geht, das Objekt ändert ja seine Geschwindigkeit und das absolut in allen Systemen.


Wird schon so sein, dass ich Deine Aussagen hin und wieder nicht verstehe, aber Du verstehst anscheinend mein Problem nicht.
Es geht darum ob ich den Energiezustand eines Systems kennen kann.

Bei elektrischer Energie scheint es so zu sein, das ich einen absoluten Energiegehalt erkennen kann. Sofern ich da nicht irre - dann würde es mich aber interessieren warum.
Bei kinetischer Energie kann ich keinen absoluten Energiegehalt kennen, ein bewegtes Objekt kann je nach meinem Bewegungszustand sämtliche Werte der kinetischen Energie zwischen Null und (beinahe) mc°2 annehmen.

Da ich jede Energieform in eine dieser beiden Formen umwandeln kann, find ich es halt zumindest nachdenkenswert zu fragen weshalb man einmal Energie in einem "Päckchen" wie bei der Batterie lokalisiert als eindeutige bestimmbaren Wert finden kann und im Fall von kinetischer Energie eben nicht.

Ist ein Unterschied zwischen einer Kugel die sich mit v bewegt und einer die sich nicht bewegt? Die Antwort der Physik ist simpel - es gibt keinen Unterschied, weil sich eine Kugel nicht so "einfach bewegt" sondern sich nur in Bezug zu einem anderen Beobachter bewegt.
Also kann ich in eine Kugel jede Menge Energie reinstecken und diese beschleunigen und dennoch gibt es keinen Unterschied zu einer Kugel die ich erst gar nicht beschleunige.
Ohne jetzt esoterisch klingen zu wollen aber:
Die Kugel "merkt" also nichts davon, dass ihr Energie zugeführt wurde und sie beschleunigt wurde, wohingegen ein Akku schon "merkt" dass ihm Energie zugeführt wird und er geladen wird. Oder auch ein Stück Materie "merkt" das ihm Energie zugeführt wurde und die Temperatur erhöht wurde.


Mit nur einem Bezugssystem kann noch nichts passieren. Zwei Kugel liegen nebeneinander, beide Kugeln sind von Material und Größe identisch. Du gibst Energie auf eine Kugel und sie beschleunigt sich. Die andere Kugel bleibt liegen.
Der Unterschied? Eine der beiden Kugeln bewegt sich jetzt. Das ist trivial. Jede der beiden Kugeln nimmt sich im eigenen Bezugssystem als unverändert war, aber jetzt gibts eine eine Differenz, die Kugel bewegen sich voneinander weg. Nehmen wir eine Mauer an, die zu einer der beiden Kugeln unbewegt ist. Wenn die bewegte Kugel auf die Mauer trifft, kann man sehen das die Kugel "mehr Energie" als die ruhende Kugel hat.
Chief: „Die Beschleunigung bleibt vorhanden obwohl die Summe alle Kräfte gleich Null ist. F_magnetanziehung+F_trägheit=0.
F1=-F2=> F1+F2 = 0.“

Highway: „Aus F1=-F2 folgt F1+F2 <> 0 du Amateur.“

Chief: „Du lügst schon wieder Du Arsch!“
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon fallili » Montag 9. Juni 2014, 12:17

fallili hat geschrieben:.

Ausgangspunkt ist eine Aussage von mir, dass sich bei einer einmal ausgesandten Wellen nichts mehr ändert.
Ich nehm als Beispiel einen grünen Laser (den kann man frequenzmäßig schön sichtbar in alle Richtungen verschieben lassen).

Die ausgesandte Energie am Entstehungsort ist eindeutig und klar definierbar. Das ist ein ganz exakt bestimmbarer Wert.
Für einen Beobachter der sich relativ zum Laser bewegt ist die Energie jedoch je nach Bewegungszustand unterschiedlich, der Beobachter kann auch einen roten oder blauen Laserstrahl sehen/messen.

Die Frage die sich mir stellt: Warum ist das so?
Und ich erwarte bzw. es reicht mir keine physikalische Antwort, die sagt "Weil sich die gemessene Frequenz ändert".


Auch wenn ich mit der kinetischen Energie einer bewegten Kugel noch "hadere", hat sich für mich die Energiefrage bei elmag. Wellen, dank Yuktarez im Mahag geklärt. Ich muss ja auch die Zeit berücksichtigen.

Damit stellt sich das obige Problem für mich folgend dar:
Ein grüner Laser mit, sagen wir 550 THz, strahlt pro Sekunde 550 T Wellen ab. Jede dieser Wellen stellt ein eigenes kleines "Energiepäckchen" dar. Beweg ich mich auf den Laser zu empfange ich pro Sekunde mehr, z.B. blaues Licht also 650 T Wellen - folglich auch mehr dieser "Energiepäckchen" pro Sekunde.
Da kommt bei der Welle selber nix an Energie dazu oder verschwindet - da passt daher auch alles wieder mit dem Energieerhaltungsatz zusammen.

Für die gravitationsbedingte Rot- / Blauverschiebung gilt dasselbe. Die oft gesehen Darstellung, das ein Photon im Schwerefeld Energie gewinnt / verliert ist eher irreführend - also die Vorstellung dass sich ein Photon gegen das Schwerefeld nach oben "kämpfen" muss und deswegen Energie verliert (sowie vice versa).

Die Zeit vergeht im Orbit schneller als am Boden, was dazu führt, dass pro "Orbitsekunde" weniger Schwingungen (und damit Energie) empfangen werden, als pro "Bodensekunde" ausgesandt werden (auch vice versa).
Rot- / Blauverschiebung damit geklärt (aber das war mir sowieso klar) aber vor allem "mein Energieproblem" ist damit auch geklärt.
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Re: Energie eletromagnetischer Wellen

Beitragvon Herr Senf » Montag 9. Juni 2014, 16:54

Die oft gesehen Darstellung, das ein Photon im Schwerefeld Energie gewinnt / verliert ist eher irreführend - also die Vorstellung dass sich ein Photon gegen das Schwerefeld nach oben "kämpfen" muss und deswegen Energie verliert (sowie vice versa).

:idea: Nein, sie ist eher für die meisten die wesentlich einfacher zu verstehende, der Zusammenhang ist ja EPh=h*f=h/T
Die Betrachtung über die Eigenzeiten von Empfänger und Sender bzw. über die gravitative Zeitdilatation "wollen / können" ja nicht alle verstehen.
Im Wellenbild (so etwa 1*Photon = 1*Wellenlänge ~ T) ist die Zahl der Schwingungen in Einheiten der Koordinatenzeit gleich, aber nicht die Frequenz.
Die Uhren messen aber nicht die Koordinatenzeit (der Metrik), sondern die Eigenzeiten am Ort(sumstand) (da hängt die Metrik von den Koordinaten ab).
Und schon befinden sich die KdRT in einem nicht auflösbaren Kreisverkehr der irregeleiteten Gedanken, ist zu viel schwer vorstellbare "Geometrie".
Nimmt man das Teilchenbild mit E=h*f, den Energieerhaltungssatz zwischen Send-Empf über Epot und die Äquivalenz E=mc², geht's gleich.
In beiden Fällen kommen die gleichen Ergebnisse für die Frequenzverschiebung raus, muß auch so sein, sonst wäre eine der beiden "Theorien" falsch.
Wenn's wer nicht begreifen kann, besser erst im Teilchenbild erklären, was eher "geglaubt" wird, dann auf die Konsequenz Eigenzeit verweisen.
ich will auch mal was dazu sagen
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