Warum gehen Kabel aufeinander zu oder stoßen sich ab, wenn Strom fließt?

Wenn Strom durch zwei parallele Kabel fließt, treten Kräfte zwischen ihnen auf, die sie entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. Diese Kräfte können durch die spezielle Relativitätstheorie erklärt werden, indem man die elektromagnetischen Felder und die relativistischen Effekte betrachtet.

1. **Magnetische Kräfte**: Wenn Strom durch ein Kabel fließt, erzeugt er ein magnetisches Feld um das Kabel. Wenn zwei parallele Kabel Strom in die gleiche Richtung führen, erzeugen ihre magnetischen Felder eine anziehende Kraft zwischen den Kabeln. Fließt der Strom in entgegengesetzte Richtungen, erzeugen die magnetischen Felder eine abstoßende Kraft.

2. **Relativistische Effekte**: Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die elektromagnetischen Felder von bewegten Ladungen (wie Elektronen im Strom) relativistisch transformiert werden. Dies führt zu einer Änderung der wahrgenommenen elektrischen und magnetischen Felder in verschiedenen Bezugssystemen.

- **Ladungsdichte und Lorentz-Kontraktion**: In einem ruhenden Bezugssystem erscheinen die positiven Ionen im Kabel stationär, während sich die Elektronen bewegen. Aufgrund der Lorentz-Kontraktion erscheinen die bewegten Elektronen dichter gepackt als die stationären Ionen. Dies führt zu einer scheinbaren Nettoladung im Kabel, die elektrische Felder erzeugt.

- **Magnetische Wechselwirkung**: Die bewegten Elektronen erzeugen ein magnetisches Feld, das auf die Elektronen im anderen Kabel wirkt. Diese Wechselwirkung führt zu den beobachteten Kräften zwischen den Kabeln.

Zusammengefasst: Die Kräfte zwischen stromführenden Kabeln resultieren aus der Kombination von magnetischen Feldern, die durch den Stromfluss erzeugt werden, und relativistischen Effekten, die die Verteilung der Ladungen und die elektromagnetischen Felder beeinflussen.