Unterschied zwischen Gravitation und Elektromagnetismus
Kurz gesagt
Gravitation und Elektromagnetismus sind zwei grundlegende Wechselwirkungen der Natur. Gravitation wirkt auf Masse und Energie und zieht gewöhnliche Körper an; Elektromagnetismus wirkt auf elektrische Ladungen und kann sowohl anziehen als auch abstoßen.
Der HauptunterschiedGravitation betrifft Masse und Energie; beim Elektromagnetismus bestimmen elektrische Ladungen die Wechselwirkung, die je nach Vorzeichen anziehend oder abstoßend sein kann.
Beide sind grundlegende Wechselwirkungen und lassen sich durch Felder beschreiben; Gravitation wirkt auf Masse und Energie, Elektromagnetismus auf elektrische Ladungen.
Steckbriefe
Steckbrief: Gravitation
Gravitation hängt mit Energie und Impuls zusammen. In der Allgemeinen Relativitätstheorie beeinflusst die gesamte Energie-Impuls-Verteilung die Raumzeitgeometrie; dadurch werden auch Lichtwege abgelenkt.
- wirkt auf Masse und Energie
- gewöhnlich anziehend
- nicht abschirmbar
Beispiel Die Gravitation hält den Mond auf seiner Bahn um die Erde.
Steckbrief: Elektromagnetismus
Elektromagnetismus ist die Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Teilchen. Er umfasst elektrische und magnetische Erscheinungen, die zusammenhängende Aspekte derselben Wechselwirkung sind.
- wirkt auf elektrische Ladung
- anziehend oder abstoßend
- Elektrische Felder lassen sich durch geeignete Ladungsverteilung oder Materialien abschirmen; für Magnetfelder und elektromagnetische Wellen gelten je nach Feld und Frequenz andere Bedingungen.
Beispiel Elektromagnetismus lässt einen Kühlschrankmagneten an einer Stahltür haften.
Auf einen Blick
| Merkmal | Gravitation | Elektromagnetismus |
|---|---|---|
| Was ist es? | Grundlegende Wechselwirkung von Masse und Energie | Grundlegende Wechselwirkung elektrischer Ladungen |
| Typisch | Zwischen gewöhnlichen Körpern anziehend | Je nach Ladungen anziehend oder abstoßend |
| Wofür / wann? | Planetenbahnen, Gewicht und großräumige Strukturen | Licht, Strom, Magnete und chemische Bindungen |
| Beispiel | Ein fallender Apfel wird zur Erde gezogen | Gleichnamige Magnetpole stoßen einander ab |
| Quelle | Masse und Energie | Elektrische Ladung |
| Richtung | Bei gewöhnlicher Materie anziehend | Anziehend oder abstoßend |
| Abschirmung | Keine bekannte praktische Abschirmung | Elektrische Felder lassen sich durch geeignete Ladungsverteilung oder Materialien abschirmen; für Magnetfelder und elektromagnetische Wellen gelten je nach Feld und Frequenz andere Bedingungen. |
| Alltagswirkung | Bewegung und Gewicht großer Körper | Licht, Reibung und chemische Bindungen |
Im Detail
Wie Gravitation verstanden wird
Im Alltag lässt sich Gravitation als Anziehung zwischen Körpern beschreiben. Newtons Gravitationsgesetz liefert dafür in vielen Situationen eine sehr gute Näherung: Es erklärt etwa den Fall eines Gegenstands oder die Bewegung von Planeten.
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt Gravitation genauer. Masse und Energie verändern die Geometrie der Raumzeit; Körper bewegen sich darin auf Bahnen, die von dieser Krümmung geprägt sind. Deshalb wird Gravitation in der modernen Physik nicht in jeder Beschreibung einfach als gewöhnliche Kraft aufgefasst.
Elektrische und magnetische Erscheinungen
Elektrische Ladung gibt es in zwei Vorzeichen: positiv und negativ. Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an, gleichnamige stoßen sich ab. In einem neutralen Gegenstand gleichen sich positive und negative Ladungen insgesamt aus, auch wenn sich ihre Ladungen innerhalb des Materials verschieben können.
Magnetismus gehört ebenfalls zum Elektromagnetismus. Bewegte elektrische Ladungen und bestimmte Eigenschaften von Teilchen erzeugen magnetische Wirkungen; elektrische und magnetische Felder können sich gegenseitig beeinflussen. Licht ist eine elektromagnetische Welle.
Warum die Wirkungen im Alltag verschieden auffallen
Zwischen einzelnen geladenen Teilchen ist die elektromagnetische Wechselwirkung deutlich stärker als ihre gegenseitige Gravitation. Trotzdem prägt Gravitation große Himmelskörper und ihre Bahnen: Gewöhnliche Materie ist insgesamt meist elektrisch neutral, sodass sich elektrische Wirkungen auf größere Entfernung oft weitgehend ausgleichen.
Gravitation lässt sich dagegen nicht wie elektrische Ladung durch eine gleich große Gegenladung neutralisieren. Darum summiert sich ihre Wirkung bei großen Ansammlungen von Materie. Elektromagnetische Effekte dominieren viele Vorgänge in der Nähe, etwa Berührung, Reibung, chemische Bindungen und die Funktion elektrischer Geräte.
Reichweite und Vermittlung
Beide Wechselwirkungen haben eine große Reichweite. Für Punktmassen und elektrische Punktladungen nehmen die Gravitationskraft beziehungsweise die elektrostatische Kraft im freien Raum mit dem Quadrat der Entfernung ab; magnetische Dipolfelder fallen typischerweise schneller ab. Diese Ähnlichkeit bedeutet jedoch nicht, dass sie dieselbe Ursache oder dieselben Eigenschaften haben.
In der Quantenphysik wird Elektromagnetismus durch den Austausch von Photonen beschrieben. Eine bestätigte Quantentheorie der Gravitation gibt es bislang nicht; ein hypothetisches Austauschteilchen ist nicht experimentell nachgewiesen. Gravitationswellen sind dagegen beobachtete Veränderungen der Raumzeit, die sich aus Einsteins Theorie ergeben.
Woran erkennt man den Unterschied?
- Fragen Sie, worauf die Wirkung zurückgeht: auf Masse beziehungsweise Energie oder auf elektrische Ladung.
- Prüfen Sie die Richtung: Gewöhnliche Körper ziehen sich gravitativ an; elektrische Ladungen können sich auch abstoßen.
- Beachten Sie, dass sich elektrische Felder durch geeignete Ladungsverteilung oder Materialien abschirmen lassen; für Magnetfelder und elektromagnetische Wellen gelten je nach Feld und Frequenz andere Bedingungen.
- Ordnen Sie die Größenordnung ein: Bei Planeten und Sternen ist Gravitation entscheidend, bei Licht, Strom und chemischen Bindungen der Elektromagnetismus.
Gemeinsamkeiten
- Beide sind grundlegende Wechselwirkungen der Natur.
- Beide reichen weit über ihre unmittelbare Quelle hinaus.
- Beide beeinflussen Bewegung und Energie von Körpern.
- Beide lassen sich mit Feldern mathematisch beschreiben.
Häufiger Irrtum
Irrtum: „Gravitation wirkt nur auf Körper mit Masse.“
Richtig: Auch Licht wird durch die Raumzeitkrümmung beeinflusst; Gravitation hängt in der Allgemeinen Relativitätstheorie mit Energie und Impuls zusammen.
Irrtum: „Magnetismus und Elektrizität sind zwei völlig getrennte Kräfte.“
Richtig: Sie sind verschiedene, miteinander verbundene Erscheinungsformen des Elektromagnetismus.
Häufige Fragen
Welche Wechselwirkung ist stärker?
Zwischen einzelnen geladenen Teilchen ist die elektromagnetische Wechselwirkung viel stärker als ihre gegenseitige Gravitation. Auf der Erde und im Sonnensystem ist Gravitation dennoch prägend, weil sich elektrische Ladungen in großen Mengen gewöhnlicher Materie meist ausgleichen.
Kann man Gravitation abschirmen?
Eine praktische Abschirmung der Gravitation ist nicht bekannt. Anders als elektrische Ladungen lassen sich Massen nicht durch eine entgegengesetzte Art gewöhnlicher Ladung neutralisieren.
Ist Licht elektromagnetisch?
Ja. Sichtbares Licht ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, zu dem auch Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlung und weitere Strahlungsarten gehören.
