Vergleich von Gravitations-, elektrischen und magnetischen Feldern

Gravitationsfelder, elektrische und magnetische Felder sind drei Vektorfelder. Die ersten beiden sind konservativ, während das Magnetfeld nicht konservativ ist. Erinnern wir uns an drei Haupteigenschaften konservativer Felder: A: Die Arbeit, die an einem Teilchen verrichtet wird, um es von einem Punkt zu einem anderen zu bewegen, ist unabhängig von der zurückgelegten Bahn, sodass die Arbeit in einem Zyklus null ist. B: Die Zirkulation des Vektorfeldes entlang einer geschlossenen Linie ist null. C: Es existiert eine skalare Funktion, das Potential, dessen Gradient, mit umgekehrtem Vorzeichen, die Intensität des Vektorfeldes ist.

Elektrische und Gravitationsfelder haben folgende Analogien, die nicht in magnetischen Feldlinien auftreten: * Die Feldlinien von Gravitations- und elektrischen Feldern sind offen, d. h., sie beginnen an einem bestimmten Punkt (Quelle des Feldes oder unendlich) und enden an einem anderen (Senke des Feldes oder unendlich). Die magnetischen Feldlinien sind jedoch geschlossen und haben keine Quellen oder Senken. * In konservativen Feldern, wie elektrischen und gravitativen Feldern, kann man eine skalare Funktion, das Potential, definieren, deren Gradient die Feldstärke ergibt. Die Feldlinien dieser Felder stehen senkrecht zu den Äquipotentialflächen. * Im elektrischen Feld können positive und negative Ladungen isoliert sein. Dies geschieht nicht im Magnetfeld, wo es keine magnetische Trennung von Nord- und Südpolen gibt: Wenn ein Magnet in zwei Teile geteilt wird, hat jedes Stück sofort einen Nord- und einen Südpol, und das Gleiche geschieht, wenn man jeden Teil weiter teilt. * Gravitationskräfte und die Richtung des elektrischen Feldes sind parallel, jedoch senkrecht zum Magnetfeld. * Gravitations- und elektrische Kräfte sind auf einen Punkt gerichtet, es sind Zentralkräfte, was für magnetische Kräfte nicht gilt.

Zwischen Gravitations- und elektrischem Feld gibt es folgende Unterschiede: * Gravitationsfeldkräfte sind immer anziehend, während das elektrische Feld anziehend oder abstoßend sein kann. * Das Gravitationsfeld hat keine Quellen, seine Feldlinien beginnen im Unendlichen. Das elektrische Feld hat Quellen (positive Ladungen) und Senken (negative Ladungen). * Jeder materielle Körper erzeugt ein Gravitationsfeld. Ein Körper erzeugt nur dann ein elektrisches Feld, wenn er geladen ist. * Ein Teilchen erzeugt ein Gravitationsfeld, unabhängig davon, ob es sich in Ruhe oder in Bewegung befindet. Ein geladenes Teilchen erzeugt ein elektrisches Feld, wenn es ruht, und ein elektrisches und magnetisches Feld, wenn es sich bewegt. * Wenn wir einen materiellen Punkt in Ruhe in einem Gravitationsfeld lassen, bewegt er sich in Richtung des Feldes. Wenn wir jedoch ein geladenes Teilchen in einem elektrischen Feld lassen, bewegt es sich immer in Richtung des Feldes, wenn es positiv geladen ist, und entgegengesetzt zum Feld, wenn es negativ geladen ist.

Zwischen elektrischen und magnetischen Feldern gibt es folgende Analogien: * Beide Felder üben Kräfte auf elektrische Ladungen und elektrische Dipole aus. * Magnetische Körper sind immer Dipole, d. h., sie haben einen Nord- und einen Südpol. Ein elektrischer Dipol besteht aus zwei gleich großen und entgegengesetzten Ladungen (+Q und -Q), die durch einen kleinen Abstand getrennt sind: Viele Moleküle, wie Wasser, sind natürliche elektrische Dipole. * Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld und umgekehrt. * Sowohl elektrische als auch magnetische Dipole richten sich, wenn sie sich frei bewegen können, nach dem Feld aus. Wenn das Feld nicht homogen ist, werden die Dipole in die Bereiche gezogen, in denen das Feld intensiver ist.