imported>Tzeh: Verantwortlich für etwas können nur Menschen sein, nicht hingegen elektromagnetische Wechselwirkungen

2025-08-03T12:44:16Z

Verantwortlich für etwas können nur Menschen sein, nicht hingegen elektromagnetische Wechselwirkungen

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Die '''elektromagnetische Wechselwirkung''' ist eine der [[Fundamentale Wechselwirkung#Die vier Grundkräfte|vier Grundkräfte]] der [[Physik]]. Wie die [[Gravitation]] ist sie im Alltag leicht erfahrbar, daher ist sie seit langem eingehend erforscht und seit über 100 Jahren gut verstanden. Die elektromagnetische Wechselwirkung ist die Ursache für die meisten alltäglichen Phänomene wie [[Licht]], [[Elektrizität]] und [[Magnetismus]]. Sie bestimmt zusammen mit der [[Austauschwechselwirkung]] den Aufbau und die Eigenschaften von [[Atom]]en, [[Molekül]]en und [[Festkörper]]n.

== Geschichte ==
Ausgangspunkt der Erforschung war eine Untersuchung der [[Kraft|Kräfte]] zwischen [[Elektrische Ladung|elektrischen Ladungen]]. Das [[Coulombsches Gesetz|Gesetz von Coulomb]] von etwa 1785 gibt diese Kraftwirkung zwischen zwei punktförmigen Ladungen ganz analog zum [[Newtonsches Gravitationsgesetz|Gravitationsgesetz]] an. Die Wirkung von elektrischen Kräften auf entfernte Ladungen wird durch das Konzept des [[Elektrisches Feld|elektrischen Feldes]] beschrieben. Dieses wird nicht nur durch elektrische Ladungen hervorgerufen, sondern auch durch zeitliche Änderungen [[Magnetismus#Magnetfelder und Feldlinien|magnetischer Felder]]. Diese Erkenntnis geht vor allem auf [[Michael Faraday]] zurück. Während ruhende elektrische Ladungen anscheinend nichts mit den Erscheinungen des Magnetismus zu tun haben, erweist sich eine bewegte elektrische Ladung als Ursache eines magnetischen Feldes, wie [[Hans Christian Ørsted]] 1820 erkannte. Wenn sich in diesem Feld eine zweite Ladung bewegt, so erfährt sie nach den Gesetzen der [[Elektrodynamik|klassischen Elektrodynamik]] eine magnetische Kraft, die dann etwa so groß wie die elektrische Kraft ist, wenn die Relativgeschwindigkeit in der Größenordnung der [[Lichtgeschwindigkeit]] ist. Die klassische Elektrodynamik ist das erste Beispiel einer Feldtheorie, die das einsteinsche Relativitätsprinzip erfüllt. Wenn die Elektrodynamik nur invariant gegenüber [[Galilei-Transformation]]en wäre, dann gäbe es keine Induktionserscheinungen und keine Ausbreitung elektromagnetischer Wellen.

Die Theorie der klassischen Elektrodynamik geht auf [[James Clerk Maxwell]] zurück, der im 19. Jahrhundert in den nach ihm benannten [[Maxwell-Gleichungen]] die Gesetze der Elektrizität, des Magnetismus und des Lichts als verschiedene Aspekte einer grundlegenden Wechselwirkung, des [[Elektromagnetismus]], erkannte. Die elektromagnetische Wechselwirkung, die ja selbst das Ergebnis der Zusammenfassung der Theorie elektrischer und magnetischer Wechselwirkung ist, wird seit 1967 mit der [[Schwache Wechselwirkung|schwachen Wechselwirkung]] zusammen als [[elektroschwache Wechselwirkung]] beschrieben. Eine Integration der [[Starke Wechselwirkung|starken Wechselwirkung]] in die gemeinsame [[einheitliche Feldtheorie]] wird angestrebt.

== Rolle in der Natur ==
Aufgrund der weitreichenden Wirkung manifestiert sich die elektromagnetische Wechselwirkung sowohl auf makroskopischer als auch auf mikroskopischer Ebene merklich. Tatsächlich ist die überwiegende Mehrheit der physikalischen [[Kraft|Kräfte]] in der [[Klassische Mechanik|klassischen Mechanik]] – [[Rückstellkraft]], [[Reibung]]skräfte, [[Oberflächenspannung]]skräfte usw. – elektromagnetischer Natur.<ref>Fritz Sauter (Hrsg.): Richard Becker: ''Theorie der Elektrizität 1.'' 21. Auflage. B. G. Teubner, Stuttgart 1973, ISBN 3-519-23006-2</ref>

Elektromagnetische Wechselwirkung bestimmt die meisten [[Physikalische Eigenschaft|physikalischen Eigenschaften]] makroskopischer Körper und insbesondere die Änderung dieser Eigenschaften beim Übergang von einem [[Aggregatzustand]] in einen anderen. Elektromagnetische Wechselwirkungen unterliegen [[Chemische Reaktion|chemischen Reaktionen]]. Auch [[Elektrizität|elektrische]], [[Magnetismus|magnetische]] und [[Optik|optische]] Phänomene werden auf elektromagnetische Wechselwirkung reduziert.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Wolfgang Nolting |Titel=Grundkurs Theoretische Physik 3: Elektrodynamik |Verlag=Springer |Datum=2011 |ISBN=978-3-642-13448-7 |Online={{Google Buch|BuchID=uwjeFbacxNsC|Seite=}}}}</ref>

Die elektromagnetische Wechselwirkung ist stärker als die Gravitation, denn im Gravitationsfeld der Erde strebt zwar prinzipiell jede Masse ins [[Innerer Aufbau der Erde|Innere der Erde]], denn die dortige Masse zieht jede Masse an, aber die um das Innere der Erde liegenden Festkörper werden von einer stärkeren Kraft, der elektromagnetischen Wechselwirkung, zusammengehalten. Es gäbe daher keine Festkörper, wenn elektromagnetische Wechselwirkung schwächer wäre als Gravitation.

Auf mikroskopischer Ebene bestimmt die elektromagnetische Wechselwirkung (unter Berücksichtigung von Quanteneffekten) die Struktur der [[Atomorbital]]e, die Struktur von [[Molekül]]en sowie größeren Molekülkomplexen und ‑clustern. Insbesondere die Größe der [[Elementarladung]] bestimmt die Größe der Atome und die Länge der Bindungen in Molekülen. Zum Beispiel ist der [[Bohrscher Radius|Bohrsche Radius]]
:<math>a_0 = \frac{4\pi\varepsilon_0\hbar^2}{m_\mathrm e e^2}</math>,
wobei <math>\varepsilon_0</math> die [[elektrische Feldkonstante]] ist, <math>\hbar</math> die [[reduzierte Planck-Konstante]], <math>m_\mathrm e</math> die Masse eines [[Elektron]]s und <math>e</math> die elektrische Elementarladung.<ref name=":0" />

== Wechselwirkung ==
Kennzeichnend für die elektromagnetische Wechselwirkung ist, dass sie eine große (prinzipiell unendliche) Reichweite hat und gleichzeitig absättigbar ist, d. h. die Wirkung einer negativen und einer positiven Ladung auf eine entfernte dritte Ladung heben sich praktisch auf. Die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung wird durch die [[Feinstrukturkonstante]] bestimmt, diese Kopplungskonstante ist etwa um den Faktor 100 kleiner als die der starken Wechselwirkung, aber um mehrere Größenordnungen größer als die der schwachen Wechselwirkung und erst recht viel größer als die der Gravitation.

Erscheinungen des Elektromagnetismus können auch dann beobachtbar sein, wenn keine elektrische Ladung in greifbarer Entfernung vorhanden ist, beispielsweise bei den [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]] oder beim Zerfall <math>\pi^0 \to 2 \gamma </math> des <math>\pi^0</math>-[[Pion]]s in zwei [[Gammastrahlung|Gamma]]-[[Photon]]en.

Im Bereich der kleinsten Teilchen wird die elektromagnetische Wechselwirkung durch die [[Quantenelektrodynamik]] beschrieben. Die elektromagnetischen Potentiale werden darin als Feldoperatoren aufgefasst, durch diese werden die Photonen, die Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, erzeugt oder vernichtet. Anschaulich bedeutet das, dass die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen, also der Austausch von Impuls und Energie, das Ergebnis des Austausches von Photonen zwischen diesen Teilchen ist.

== Einordnung der Elektromagnetischen Wechselwirkung ==
{{Tabelle der Grundkräfte}}

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=[[Klaus Bethge]], [[Ulrich Schröder (Physiker)|Ulrich E. Schröder]] |Titel=Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen |Verlag=John Wiley & Sons |Datum=2012 |ISBN=978-3-527-66216-6 |Online={{Google Buch|BuchID=1-ok058M5ZoC|Seite=}}}}
* {{Literatur |Autor=[[John David Jackson (Physiker)|John David Jackson]], Christopher Witte |Titel=[[Classical Electrodynamics|Klassische Elektrodynamik]] |Verlag=Walter de Gruyter |Datum=2006 |ISBN=978-3-11-018970-4 |Online={{Google Buch|BuchID=9eMaKsWp9DMC|Seite=}}}}
* {{Literatur |Autor=Wolfgang Nolting |Titel=Grundkurs Theoretische Physik 3: Elektrodynamik |Verlag=Springer |Datum=2011 |ISBN=978-3-642-13448-7 |Online={{Google Buch|BuchID=uwjeFbacxNsC|Seite=}}}}

== Weblinks ==
* {{DNB-Portal|4014300-4}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Die vier Grundkräfte der Physik}}
{{Normdaten|TYP=s|GND=4014300-4}}

[[Kategorie:Elektrodynamik]]
[[Kategorie:Quantenfeldtheorie]]

Elektromagnetische Wechselwirkung - Versionsgeschichte

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