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Die Elektrodynamik bewegter Körper hat schon Einstein bewogen, seine Spezielle Relativitätstheorie zu formulieren. Er erkannte das allen elektrodynamischen Prozessen inliegende Prinzip der Relativbewegung. Nicht die Bewegung gegen einen ortsfesten Äther ist die Ursache der elektrodynamischen Wirkungen sondern die Relativbewegung zwischen zwei Inertialsystemen. Diese Erkenntnis wird auch heute im allgemeinen anerkannt. Mit seinem zweiten, fundamentaleren und auch heute stark umstrittenen Postulat der absoluten Konstanz der Lichtgeschwindigkeit - die Lichtgeschwindigkeit ist also nicht abhängig von der Eigengeschwindigkeit der Lichtquelle - war Einstein’s Theorie in der Lage, experimentelle Messungen einfacher zu beschreiben als alle anderen zu dieser Zeit existierenden Theorien des Äthers. Einstein erkannte damit die Abhängigkeit des gemessenen elektrischen oder magnetischen Feldes von der Relativgeschwindigkeit zu der Feldquelle, und daß damit die Frage nach dem Sitz zum Beispiel der elektromotorischen Kraft in der Unipolarinduktion – seit 1831 bekannt als Faraday Generator – sinnlos wurde. Interessanterweise wird diese Frage über den Sitz des Magnetfeldes seit über Hundert Jahren auch heute noch debattiert (Beispiel: Ernst Lecher (1895); Carl Hering (1908); Barnett (1913); Geo Pegram (1917); Carl Hering (1923); Dale Corson (1956); Jakob Huber (1959); Crookes et. al. (1978); Montgomery (1999)). Diese wichtige Erkenntnis Einstein‘s kann konsequent zurückverfolgt werden an den Punkt, wo nur noch Kräfte zwischen elektrischen Ladungen existieren. Tatsächlich können alle physikalischen Kraftwirkungen ausschließlich auf Kräfte zwischen elektrischen Ladungen zurückgeführt werden. Wie diese Kräfte übermittelt werden (z.B. Fluidmodelle, etc.), soll in dieser Arbeit (noch) nicht betrachtet werden. Vor einiger Zeit haben Moon & Spencer eine Theorie der Elektrodynamik vorgestellt, in welcher auf das Konzept des magnetischen Feldes vollständig verzichtet werden kann. Diese Arbeit ist ein weiterer Versuch, nur die Formulierung von Kräften zwischen elektrischen Ladungen zu verwenden und auf den Einbezug des magnetischen Feldes zu verzichten. Weiter sollen Kräfte zwischen beschleunigten Ladungen (noch) nicht berücksichtigt werden. Es wird sich zeigen, daß trotz dieser stark einschränkenden Maßnahme bereits einige Experimente, welche in den verschiedenen Gruppierungen zur Freien Energie oft Erwähnung finden, ganz konventionell erklärt werden können. Wir beschränken uns also auf gegeneinander ruhende und gegeneinander gleichförmig bewegte Ladungen. Der Begriff 'gleichförmig' soll als makroskopischer Mittelwert einer Bewegung verstanden werden, in deren die Beschleunigung eine untergeordnete Rolle spielt, denn in der Natur gibt es keine reine gleichförmige Bewegung. Ein Elektron in einem stromführenden Leiter bewegt sich demnach im Mittel mit konstanter Geschwindigkeit, auch wenn mikroskopisch betrachtet das Leitungselektron nur unregelmäßige (beschleunigte) Bewegungen ausführt. Ein ganz spezieller Fall, in dem Kräfte zwischen solcherart gleichförmig bewegten Ladungen studiert werden kann, ist das Motional Electric Field (MEF), welches zuerst von William Hooper publiziert und später durch Edwards und Edwards et. al. in der Fachwelt etabliert wurde. Doch etwa ein Jahr später führen Bartlett und Ward ein modifiziertes Experiment durch und folgern daraus, daß das MEF nicht existiert. Von Zeit zu Zeit erschienen weitere Publikationen zu diesem Thema bis Lemon et. al. ihr Messaufbau teilweise veränderten und danach also behaupteten, das MEF existiert nicht. Nach eingehender Betrachtung der Messungen und unter Berücksichtigung der nachfolgend dargelegten theoretischen Grundlage ist der Autor der Überzeugung, daß das MEF tatsächlich existieren muss. Allerdings führt diese Erkenntnis auf die Feststellung, daß an der gängigen Formulierung des elektrischen Feldes gleichförmig bewegter Ladungen eine Korrektur g angebracht werden muss. Die Bedeutung dieses sonst in der Relativitätstheorie häufig anzutreffenden zusätzlichen Faktors ist noch offen und wird am Schluss der Arbeit diskutiert.Die im Grunde genommen sehr einfache (und noch unvollständige) Theorie wird mit vielen Beispielen beleuchtet. Von besonderem Interesse dürften die Beschreibungen zur N-Maschine (oder allgemein Unipolarinduktion), zum Huber'schen Radsatzexperiment, zum Hooper‘schen Motional Electric Field (MEF) und zum Biefeld-Brown Effekt sein. |
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Im Jahr 1888 hat Heinrich Rudolf Hertz die Ausbreitung elektrischer Energie von einem schwingenden elektrischen Oszillator mit Funkenstrecke auf einen entfernten elektrischen Schwingkreis gezeigt. Die Funkenstrecke wurde später nicht mehr benötigt und es entstand daraus eine einfache Anordnung, die heute als Hertz‘scher Dipol bekannt ist. Hertz hat mit Hilfe dieser Schaltung in seinem Klassenzimmer die Übertragung von elektrischer Energie von einem elektrischen Schwingkreis auf einen anderen elektrischen Schwingkreis gezeigt. Als Modellvorstellung über das, was da vor sich ging, diente eine ebenfalls von Hertz durchgeführte Lösung der aus der Maxwell‘schen Gleichungen, die für die Randbedingungen des Hertz'schen Experimentes angewendet wurden. Das Hertz‘sche Experiment hat die theoretischen Voraussagen der Maxwell’schen Theorie eindrücklich bestätigt und wurde deshalb weltberühmt. Besonders wichtig war die Feststellung, dass sich elektromagnetische Energie als Welle durch den Äther fortbewegen kann, wie das die Maxwell‘schen Gleichung voraussagen. Eine weitere wichtige Bestätigung der Maxwell‘schen Voraussagen war der Nachweis, dass die Schwingungsebene dieser Welle in großen Entfernungen zum Dipol senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stand (Transversalwelle), und dass in großer Distanz keine Schwingungen in Ausbreitungsrichtung (Longitudinalwelle) mehr messbar sind. Ebenfalls wurde gezeigt, dass sich diese Welle an Gitterstäben reflektieren lässt, wenn die Gitterstäbe parallel zur Antenne ausgerichtet wurden, und dass keine Reflexion stattfindet, wenn die Gitterstäbe senkrecht zur Antenne stehen. All dies wurde als Bestätigung angesehen, dass es sich tatsächlich um eine elektromagnetische Welle im Äther handeln muss, wie es die Theorie voraussagt. Die theoretische Herleitung für das Hertz'sche Experiment wird mit dem Konzept des elektrischen und magnetischen Feldes durchgeführt. Dieser Aufsatz soll zeigen, dass die bekannten Wirkungen der sogenannten elektromagnetischen Strahlung nur mit Hilfe von Kräften zwischen Ladungen – ohne Einbezug eines magnetischen Feldes –gelöst werden können, ohne daß überhaupt eine Wellengleichung der Felder nötig wird. Das Resultat erklärt sehr anschaulich die Ursache für die verschiedenen Feldanteile in der Nähe und in großer Distanz zu einem Hertz‘schen Dipol. |
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Seit 1865 sind die Gleichungen zur Elektrodynamik von James Clerk Maxwell bekannt. Diese wurden für 20 Feldgrößen definiert, welche später von Oliver Heaviside und William Gibbs in die heute gebräuchliche Form der Vektordarstellung konvertiert wurden. Dies lief nicht ganz ohne Nebengeräusche ab, denn zu dieser Zeit waren einige – darunter auch Maxwell selbst – überzeugt, dass die korrekte Formulierung der Elektrodynamik mit den von William Rowan Hamilton 1843 'erfundenen' Quaternionen und nicht mit Vektoren erfolgen sollte. Nach der speziellen Relativitätstheorie Einstein‘s war es dann auch üblich, die Maxwell‘schen Gleichungen sehr kompakt in Vierervektoren zusammenzufassen. Noch heute ist die Suche nach magnetischen Monopolen nicht zum Stillstand gekommen. Gäbe es diese Monopole, so würden sich einerseits die Maxwell’schen Gleichungen ohne zusätzliche imaginäre Glieder symmetrisch darstellen lassen, dafür ist die aus der Relativitätstheorie bekannte Folgerung, das Magnetfeld ausschließlich sei eine Folge der Relativbewegung, nicht mehr haltbar. Intuitiv mag viele die Unsymmetrie in Maxwell‘s Gleichungen in der heutigen Vektor- notation gestört haben, weshalb sie weiterführende Gleichungen vorgestellt und teilweise erfolgreich für verschiedene Anwendungsfälle verwendet haben. Diese Arbeit stellt verschiedene Formulierungen der ursprünglichen Maxwell‘schen Gleichungen zusammen. |
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Konstantin Meyl hat anlässlich eines Kongresses über Raumenergie-Technologie in Bregenz seine Theorie der Skalarwellen in Analogie zu Tesla’s Experimenten erläutert und anschließend ein Experiment vorgeführt, welches diese Skalarwellen nachweisen soll. Dieses Experiment wurde auch an anderen Tagungen vorgeführt. Die Entdeckung und der Nachweis von elektrischen Skalarwellen wäre ein besonders wichtiger Schritt in der Elektrodynamik, der in der gesamten Wissenschaft viel Beachtung finden würde. Deshalb ist es unerlässlich, daß ein solches bahnbrechendes Experiment besonders genau überprüft wird. In diesem konstruktiven Sinne ist das nachfolgende Review verfasst. Es soll dazu dienen, in einem offenen Dialog weitere Klarheit zu schaffen. Im Interesse der FE- Forschung ist es wichtig, daß Effekte (insbesondere Over-Unity Effekte) eindeutig bewiesen werden, und jeglicher fachlicher Kritik standhalten können. In der Einleitung wird der Unterschied von elektrischen Transversal- und Longitudinalwellen erklärt, bevor dann eine Analyse zum Meyl'schen Experiment erfolgt. Danach wird über einen Nachbau des Experiments berichtet, welcher Zeigt, dass die Energie bei den hier verwendeten Feldstärken praktisch vollständig durch den Verbindungsleiter und nicht durch die Luft übertragen wird. Zum Schluss wird ein Vergleich zu Tesla's Arbeiten durchgeführt. |
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Zu diesem Aufsatz, der in raum&zeit 107 veröffentlicht wurde, sind bisher einige Reaktionen eingegangen. Diese können auf der Seite Diskussion betrachtet werden. |
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Nikola Tesla hat sich nach den Erfindungen zum Wechselstromsystem mehr und mehr Experimenten mit hohen Strömen, Spannungen und Frequenzen zugewendet. Eine seiner Absichten war es, elektrische Energie ohne Hochspannungsleitungen von einer zentralen Erzeugungsanlage direkt zu den einzelnen Verbrauchern zu übertragen. Die ersten Anläufe zu solchen Techniken tätigte Tesla in seinem Labor in New York, bis er zur Jahrhundertwende 1899-1900 in der Hochebene von Colorado Springs Experimente durchführte, die in dieser Vielfalt und Eigenart bis heute nur punktuell nachvollzogen worden sind. Genau ein Jahrhundert nach diesen Experimenten ist eine Replik dazu immer noch von besonderem Interesse. Fast alle Publikationen in der heutigen Zeit über Tesla‘s Arbeiten betrachten seine hochfrequenten Hochspannungstransformatoren, bekannt unter dem Sammelbegriff „Tesla-Spule". Darüber werden immer wieder Arbeiten veröffentlicht, welche die eine oder andere vorteilhafte Art zum Nachbau dieser Experimente angeben (Kelley und Dunbar 1951; Bruns 1992; Skeldon et.al. 2000), die diese Technologie anwenden (Lauritsen und Crane 1933; Sloan 1934; Abramyan 1971), die solche Vorrichtungen ausmessen (Yost 1983; Harthun und Bernhardt 1984) oder sie theoretisch behandeln (Heise 1964; Barrett 1991). Doch zu Tesla's hauptsächlicher Anwendung dieser speziellen Technik, nämlich seiner Sender und Empfänger zur drahtlosen Übertragung von elektrischer Energie, wird bis auf wenige Ausnahmen kaum Beachtung geschenkt. Im ersten Teil des Aufsatzes werden schrittweise die einzelnen Etappen Tesla's bis zur Durchführung seiner Experimente in Colorado Springs zusammenfassend dokumentiert. Im zweiten Teil wird eine Erklärung über die Funktionsweise seiner Anlagen gegeben, die sich auf bekannte Fakten der Theorie zur Elektrodynamik stützt, ohne dass neue Annahmen postuliert werden müssen. |
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Es ist auffällig, wie wenig in der Literatur über die Arbeiten des Serbischen Experimentators und weltweit bekannten Erfinders Nikola Tesla zu lesen ist, obwohl er mit den heute alltäglichen Erfindungen der Drehstromtechnik von der Erzeugung, der Übertragung bis zur Nutzung neben seinem damaligen Gegenspieler Thomas Edison, welcher hauptsächlich die Gleichstromtechnik vorangetrieben hatte, die Entwicklung der heute weltweit angewendeten Elektrifizierung überhaupt erst ermöglicht hatte. Tesla hat nach dieser Beschäftigung mit dem Drehstromfeld viele weitere Texte publiziert, welche heute praktisch in Vergessenheit geraten sind. Ausschnitte dieser Texte, welche sich auf das im Titel genannte Gebiet beziehen, werden zusammengestellt und analysiert. Es zeigt sich in eindrücklicher Weise, daß Tesla dem experimentellen Stand der Physik zu seiner Zeit um Jahrzehnte voraus war. Viele Texte sind bis heute unverstanden geblieben und wurden kaum kommentiert. Es wird die Zeit Tesla’s nach seiner erfolgreichen Anwendung des magnetischen Drehfeldes näher beleuchtet, in der er nach seinen Angaben eine Strahlung entdeckt hat, die er Radiations nannte. Es ist bezeichnend für einen experimentellen Entdecker, dass er auf Grund einer Modellvorstellung ein Experiment durchführt, und dadurch unerwartet zu neuen Fakten und Erkenntnissen stößt. So war Tesla durch seine Experimente den theoretischen Grundlagen weit voraus, was die Kommunikation mit der etablierten Wissenschaften erschwerte. Neben materiellen Erwägungen hat Tesla wohl nicht zuletzt deshalb ab 1899 praktisch keine Publikationen mehr in etablierten Fachzeitschriften mehr getätigt und sich nur noch mit Veröffentlichungen in Monats- oder Tageszeitungen begnügt. Tesla hat über vier Jahrzehnte lang den Begriff der Radiations benutzt. Aus den verschiedenen Interviews und Veröffentlichungen Tesla’s ergeben sich immer wieder kleine Bruchstücke über etwas, was ihn offensichtlich die ganze zweite Lebenshälfte beschäftigt hat. Aus seinen Publikationen kann folgende Zusammenfassung der wesentlichen Eigenschaften der Radiations erstellt werden:
Tesla selbst hat später das Jahr 1897 als das Jahr der Entdeckung der Radiations genannt. Wann genau Tesla das erste mal davon überzeugt war, daß er diese Radiations messtechnisch erfasst hat, ist unbekannt, dürfte aber in den Jahren 1896-1897 gelegen sein. Sicher ist, daß Tesla am 21. März 1901 ein Patent angemeldet hat, in dem er das Einfangen und die Nutzung dieser Strahlung oberflächlich beschreibt. In dem Aufsatz werden viele Quellen Tesla's zum Thema aufgearbeitet. Es wird gezeigt, dass die Neutrinos - entgegen der früheren Arbeitshypothese vom Autor - nicht ausreichen, um die Eigenschaften der Radiations abdecken zu können. Es wird erstmalig eine weiteres, neues Erklärungsmodell zu den besonderen Eigenschaften der Radiations vorgeschlagen, die auch experimentell überprüfbar sind. |
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Version 2
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Eine der größten emotionalen Auseinandersetzungen im späten neunzehnten Jahrhundert war über die mathematische Notation für die Gleichungen der Elektrodynamik (Bork 1966). Die heutige Vektor-Notation war zu dieser Zeit noch nicht voll entwickelt und einige Physiker – unter ihnen war auch James Clerk Maxwell – waren von der Quaternion-Notation überzeugt. Das Quaternion wurde 1843 von Sir William Rowan Hamilton „erfunden". Peter Guthrie Tait war der größte Verfechter der Quaternionen. Anderseits haben sich Oliver Heaviside und Josiah Willard Gibbs unabhängig voneinander entschieden, dass sie einen Teil des Quaternions besser für Berechnungen nutzen konnten als das gesamte Quaternion, weshalb sie mit dem weitergerechnet haben, was heute als dreidimensionale Vektoralgebra bekannt ist. Vor Einstein wurden praktisch alle Berechnungen mit dreidimensionalen Vektoren durchgeführt. Das Quaternion ist aber eine vierdimensionale Zahl. Um nun das Quaternion für die ursprünglich dreidimensionale Elektrodynamik von Maxwell brauchbar zu machen, haben Hamilton und Tait vor den skalaren Teil des Quaternions das Zeichen 'S.' und vor den vektoriellen Teil das Zeichen 'V.' angebracht. Diese Notation hat Maxwell auch in seiner Treatise verwendet, worin er etliche Gleichungen mit dieser Schreibweise publiziert hatte. Doch mit der Anwendung dieser Prefixe wurde der ganze Vorteil der Quaternionen nicht genutzt. Deshalb führte Maxwell auch keine Berechnungen mit Quaternionen durch sondern präsentierte nur die Schlussergebnisse in der Quaternion Form. Dies entspricht dann eher einer Rechnung mit Skalaren und Vektoren wie es heute meist durchgeführt wird. Diese Arbeit stellt erstmalig eine neue Quaternion-Notation vor. Es wird gezeigt, dass mit dieser ganz spezifischen Quaternion-Notation die Elektrodynamik, die Quantenmechanik und auch die Kinematik sehr kompakt geschrieben werden kann. In der Kinematik ergibt sich eine leicht andere Formulierung als traditionell angewendet. Dies könnte eine Erklärung beinhalten, warum es Experimente gibt, die scheinbar gegen die traditionellen Gesetze der Trägheit verstoßen. Die mathematischen Vorteile dürfen allerdings nicht darüber hinwegtäuschen, dass die anschauliche (geometrische) Bedeutung der neu verwendeten Notation (noch) nicht beschrieben ist und somit die Erkennung eines dahinterliegenden physikalischen Modells aussteht. |
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Koen van Vlaenderen & André Waser Electrodynamics with the Scalar Field |
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The theory of electrodynamics can be cast into biquaternion form. Usually Maxwells equations are invariant with respect to a gauge transformation of the potentials and one can choose freely a gauge condition. For instance, the Lorentz gauge condition yields the potential Lorenz inhomogeneous wave equations. It is possible to introduce a scalar field in the Maxwell equations such that the generalized Maxwell theory , expressed in terms of potentials, automatically satisfy the Lorenz inhomogeneous wave equations, without any gauge condition. This theory of electrodynamics is no longer gauge invariant with respect to a transformation of the potentials: it is electrodynamics with broken gauge symmetry. The appearance of the extra scalar field terms can be described as a conditional current regauge that does violate the conservation of charge, and it has several consequences:
Dieser Aufsatz wurde in leicht abgeänderter Ausführung publiziert in: van Vlaenderen Koen and André Waser, "Generalisation of classical electrodynamics to admit a scalar field and longitudinal waves", Hadronic Journal 24 (2001) 609-628. |
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Das Vektorpotential wird seit Aharonov-Bohm zwar nicht mehr als reines mathematisches Konstrukt ohne physikalische Realität betrachtet, findet aber in der Elektrodynamik häufig eine nur geringe Betrachtung. In diesem Aufsatz wird gezeigt, woher die Definition des Vektorpotentials stammt, wie es auch hätte sinnvoll definiert werden können, und wie es eingesetzt werden kann um auf anschauliche Weise einige Vorgänge in der Elektrodynamik qualitativ besser zu verstehen. Eine Analyse des Vektorpotentials zeigt, dass für die Herleitung des elektrischen Feldes die totale zeitliche Ableitung anstelle der meistens in Textbüchern verwendeten partiellen Ableitung verwendet werden kann. Im Vergleich zu der traditionellen Gleichung tritt ein zusätzlicher, neuer Term auf, der es vielleicht ermöglichen kann, bisher schwer zu verstehende Vorgänge anschaulicher zu erklären. |
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In einer früheren Publikation haben wir gezeigt, wie die Grundgleichungen der Elektrodynamik mit Bi-Quaternionen beschrieben werden kann. In dieser Arbeit wird ein anderer Weg zur Herleitung der vier Gleichungen der generellen Lorenzkraft dargelegt, indem ein neuer Operator eingeführt wird: Das totale Differential nach der Zeit in Bi-Quaternion Form. |
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Auf Grund meiner Einarbeitung in die Theorie Global-Scaling ist begleitend eine kleine Dokumentation entstanden. Diese Einarbeitung stützt sich auf viele Publikationen und Äußerungen des Erfinders der Theorie Global-Scaling – Dr. rer. nat. Hartmut Müller – ab. In der Einleitung werden langsam aufbauend die Grundbegriffe der Theorie zu Global-Scaling erklärt. Diese Arbeit soll als Diskussionsgrundlage für weitere Interessierte dienen. Ergänzungen, Hinweise und Korrekturen aller Art sind dabei willkommen an global-scaling@aw-verlag.ch und werden laufend in das Dokument eingearbeitet. |