Assis/Hernandes: Elektrischer Strom und Oberflächenladungen
Zusammenfassung
„Elektrischer Strom und Oberflächenladungen – was Wilhelm Weber schon vor mehr als 150 Jahren wusste“ (Apeiron 2013, ISBN 978-0-9920456-0-9; deutsche Übersetzung von Hermann Härtel des englischen Originals „The Electric Force of a Current“, 2007). Zentrale These: stromdurchflossene ohmsche Leiter tragen zeitlich konstante, längs variierende Oberflächenladungen; daraus ergeben sich ein äußeres elektrisches Feld (proportional zur Batteriespannung) und eine Kraft auf ruhende Ladungsträger – was Maxwell, Clausius & Co. über Jahrzehnte fälschlich bestritten. Gehört zur Quellenbasis der IWT/WDBT+-Traditionslinie.
Inhalt
Zentrale Frage und Weber-Kraft
- Einfache Frage: Übt ein gleichstromführender Leiter eine Kraft auf eine relativ zu ihm ruhende Ladung aus? Zahlreiche Autoren antworteten fälschlich „nein“ – mit prägendem Einfluss auf die Lehre für über ein Jahrhundert.
- Werkzeug: Webers Kraftgesetz von 1846, F₂₁ = (q₁q₂/4πε₀r²)·[1 − ṙ²/2c² + r·r̈/c²]; Coulomb-, Gauß- und Poisson-Gesetze als Spezialfälle (Ruheladungen). Konstante c wurde 1854–56 von Weber/Kohlrausch erstmals gemessen.
- Drei Arten äußerer Felder werden unterschieden: (a) elektrostatische Induktion, (b) proportional zur Batterie-Spannung/Potentialdifferenz, (c) Effekte zweiter Ordnung ∝ v_d²/c² (Kraft ∝ I²).
Historischer Streit
- Fechner-Hypothese 1845 (dualer Strom +/−) als Webers Ausgangspunkt; nach Hall-Effekt und Entdeckung des Elektrons galt nur noch der Elektronenstrom – unter Annahme eines ladungsneutralen Drahts schien das Webergesetz widerlegt.
- Maxwell (Treatise, Art. 848, 1873) und Clausius (1877): keine solche Wirkung je beobachtet – aber kein Experiment zitiert, keine Größenordnung berechnet; beide übersahen Webers Oberflächenladungs-Analyse von 1852 (Zweites Memoir, Abschnitte 28–36), im Anhang A des Buches ausführlich gewürdigt.
- Fazit des Buches (Analogie zu Frenchs „But Newton got there first!“): „Aber Weber erreichte dieses Ziel als Erster!“
Ergebnisse der Berechnungen
- Langer gerader Draht mit kreisförmigem Querschnitt:
- Oberflächenladungsdichte ist linear in der longitudinalen Koordinate und proportional zur Spannung der angeschlossenen Batterie;
- inneres Feld homogen (E = ρJ, Ohm), äußeres Feld existiert auch ohne Beschleunigung der Elektronen;
- Verbindung zwischen Elektrostatik (Gauß) und Ohmschem Gesetz – in Lehrbüchern sonst getrennt behandelt.
- Gekrümmte Leiter (Koaxialkabel, zylindrische Schale, Kugelschale mit azimutalem Strom, Toroid): Ladungsdichte steigt überlinear entlang des Leiters, Maximum nahe den Batterie-Anschlüssen.
- Weitere Themen: Kraft ∝ Quadrat der Stromstärke, radialer Hall-Effekt, EMK vs. Potentialdifferenz, Russellsches Theorem; Vergleich mit experimentellen Resultaten bestätigt die spannungsproportionale Kraft.
Einordnung
- ⚠️ Umstritten im Rahmen: Die Existenz von Oberflächenladungen an Stromkreisen ist Lehrbuchwissen; umstritten sind Webers geschwindigkeitsabhängige Fernkraft als Grundlage und die Interpretation des Magnetismus (Mainstream: Relativitätstheorie, nicht Weberkraft). Das Buch liefert die elektrodynamische Basis der Weber-Tradition, wie sie in DSTT und Weber-Kräfte auf die Gravitation übertragen wird.
Quellen
raw/Kraft.pdf– Buch (Apeiron/C. Roy Keys 2013, Übersetzung H. Härtel)