Elektrodynamik eine Einführung in Experiment und Theorie ; mit 7 Tabellen, 51 Experimenten, 119 Aufgaben mit Hinweisen und Lösungen ; [für Bachelor- und Diplomstudium geeignet]

Elektrodynamik eine Einführung in Experiment und Theorie ; mit 7 Tabellen, 51 Experimenten, 119 Aufgaben mit Hinweisen und Lösungen ; [für Bachelor- und Diplomstudium geeignet]

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Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser: Brandt, Siegmund 1936-2016 (VerfasserIn), Dahmen, Hans Dieter (VerfasserIn)
Format: Buch
Sprache:German
Veröffentlicht: Berlin [u.a.] Springer 2005
Ausgabe:4., völlig neubearb. Aufl.
Schriftenreihe:Springer-Lehrbuch
Schlagworte:
Elektrodynamik
Lehrbuch
Online-Zugang:Inhaltsverzeichnis
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adam_text S.BRANDT H.D. DAHMEN ELEKTRODYNAMIK EINE EINFUEHRUNG IN EXPERIMENT UND THEORIE VIERTE, VOELLIG NEUBEARBEITETE AUFLAGE MIT 272 ABBILDUNGEN, 7 TABELLEN, 51 EXPERIMENTEN UND IIG AUFGABEN MIT HINWEISEN UND LOESUNGEN SPRINGER INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG . GRUNDLAGENEXPERIMENTE . COULOMBSCHES GESETZ . 1.1 ERSTE EXPERIMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 DAS COULOMBSCHE GESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ELEKTROSTATIK IN ABWESENHEIT VON MATERIE . . . . . . . . . . 2.1 DAS ELEKTROSTATISCHE FELD EINER PUNKTLADUNG . . . . . . . . 2.2 DAS FELD EINER BELIEBIGEN LADUNGSVERTEILUNG . LADUNGSDICHTE 2.3 *MIKROSKOPISCHE UND GEMITTELTE LADUNGSDICHTE UND FELDSTAERKE . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 ELEKTRISCHER FLUSS ..................... 2.5 QUELLEN ELEKTROSTATISCHER FELDER . . . . . . . . . . . . . . 2.6 2.7 DAS ELEKTROSTATISCHE POTENTIAL . SPANNUNG . . . . . . . . . 2.8 GRAPHISCHE VERANSCHAULICHUNG ELEKTROSTATISCHER FELDER . . 2.9 POISSON-GLEICHUNG . LAPLACE-GLEICHUNG . . . . . . . . . . 2.10 ELEKTRISCHER DIPOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . WIRBELFREIHEIT DES ELEKTROSTATISCHEN FELDES . FELDGLEICHUNGEN 2.10.1 *GRENZFALL VERSCHWINDENDEN LADUNGSABSTANDES . 2.10.2 POTENTIELLE ENERGIE EINES DIPOLS LADUNGSDICHTE DES DIPOLS . . . . . . . . . . . . AUF EINEN DIPOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . IM ELEKTROSTATISCHEN FELD . KRAFT UND DREHMOMENT 2.1 1 SYSTEME MEHRERER PUNKTLADUNGEN . . . . . . . . . . . . . 2.12 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ELEKTROSTATIK IN ANWESENHEIT VON LEITERN . . . . . . . . . . 3.1 INFLUENZ AUF GROSSEN. EBENEN PLATTEN . . . . . . . . . . . . 3.2 PLATTENKONDENSATOR . KAPAZITAET . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 KAPAZITAET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 3.2.3 KRAFT ZWISCHEN DEN KONDENSATORPLATTEN . . . . . PARALLEL- UND REIHENSCHALTUNGEN VON KONDENSATOREN 3.2.4 ENERGIESPEICHERUNG IM PLATTENKONDENSATOR . . . . 1 1 4 10 10 11 15 17 20 22 22 25 27 29 32 38 40 44 48 49 51 51 53 54 56 VIII 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 INHALTSVERZEICHNIS INFLUENZ EINER PUNKTLADUNG AUF EINE GROSSE. EBENE METALLPLATTE . SPIEGELLADUNG . . . . . . . . . . . . . INFLUENZ EINES HOMOGENEN FELDES AUF EINE METALLKUGEL . INDUZIERTES DIPOLMOMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . FLAECHENLADUNGEN ALS URSACHE FUER UNSTETIGKEITEN DER FELDSTAERKE ....................... ANWENDUNGEN HOMOGENER ELEKTRISCHER FELDER . . . . . . . 3.6.1 3.6.2 BESCHLEUNIGUNG VON GELADENEN TEILCHEN . . . . . 3.6.3 ABLENKUNG GELADENER TEILCHEN . ELEKTRONENS TRAHLOSZILLOGRAPH . . . . . . . . . . . MESSUNG DER ELEMENTARLADUNG IM MILLIKAN-VERSUCH AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 ELEKTROSTATIK IN MATERIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 EINFACHSTE GRUNDZUEGE DER STRUKTUR DER MATERIE . . . . . . MATERIE IM HOMOGENEN ELEKTROSTATISCHEN FELD . PERMITTIVITAETSZAHL . ELEKTRISCHE SUSZEPTIBILITAET . ELEKTRISCHE POLARISATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAS FELD DER ELEKTRISCHEN FLUSSDICHTE . FELDGLEICHUNGEN IN MATERIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ENERGIEDICHTEDES ELEKTROSTATISCHEN FELDES . . . . . . . . 4.4.1 4.4.2 UNSTETIGKEITEN DER ELEKTRISCHEN FLUSSDICHTE . *MIKROSKOPISCHE BEGRUENDUNG DER FELDGLEICHUNGEN DES ELEKTROSTATISCHEN FELDES IN MATERIE . . . . . . . . . . 4.6.1 MIKROSKOPISCHE UND GEMITTELTE LADUNGSVERTEILUNGEN.FELDGLEICHUNGEN . . . . . . 4.6.2 RAUM- UND OBERFLAECHENLADUNGSDICHTEN DURCH POLARISATION . . . . . . . . . . . . . . . . URSACHEN DER POLARISATION . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.1 ELEKTRONISCHE POLARISATION . . . . . . . . . . . . 4.7.2 *CLAUSIUS-MOSSOTTISCHE FORMEL . . . . . . . . . 4.7.3 ORIENTIERUNGSPOLARISATION . . . . . . . . . . . . . VERSCHIEDENE DIELEKTRISCHE ERSCHEINUNGEN . . . . . . . . ENERGIEDICHTE EINES FELDES IM VAKUUM . ENERGIEDICHTE EINES FELDES BEI ANWESENHEIT VON MATERIE .................... SELBSTENERGIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BRECHUNGSGESETZ FUER FELDLINIEN . . . . . . . . . . . . . . 4.9 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 59 63 65 65 67 68 72 75 75 77 81 83 83 86 90 92 92 97 99 99 101 104 105 107 INHALTSVERZEICHNIS IX 5 ELEKTRISCHER STROM ALS LADUNGSTRANSPORT . . . . . . . . . . 111 5.1 ELEKTRISCHER STROM . STROMDICHTE . . . . . . . . . . . . . . 111 5.2 KONTINUITAETSGLEICHUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.3 *MIKROSKOPISCHE FORMULIERUNG DER STROMDICHTE . . . . . 115 LEITFAEHIGKEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 OHMSCHES GESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.5 LEISTUNG DES ELEKTRISCHEN FELDES . JOULESCHE VERLUSTE . . . 123 5.6 STROMKREIS . TECHNISCHE STROMRICHTUNG . . . . . . . . . . 126 5.7 NETZWERKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 5.4 STROM IN SUBSTANZEN HOEHERER DICHTE . OHMSCHES GESETZ . . 118 5.4.1 5.4.2 EINFACHES MODELL DES LADUNGSTRANSPORTS . STROM IN AUSGEDEHNTEN LEITERN . WIDERSTAND . 5.7.1 KIRCHHOFFSCHE REGELN . REIHEN- UND PARALLELSCHALTUNG MESSUNG VON STROM BZW . SPANNUNG OHMSCHER WIDERSTAENDE . . . . . . . . . . . . . . 129 MIT EINEM MESSGERAET . . . . . . . . . . . . . . . 132 5.8 IONENLEITUNG IN FLUESSIGKEITEN . ELEKTROLYSE . . . . . . . . . 134 5.10 IONEN- UND ELEKTRONENLEITUNG IN IONISIERTEN GASEN . . . . 140 5.11 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5.7.2 5.9 ELEKTRONENLEITUNG IN METALLEN . DARSTELLUNG VON STROM-SPANNUNGS-KENNLINIEN AUF DEM OSZILLOGRAPHEN . . 136 6 *GRUNDLAGEN DES LADUNGSTRANSPORTS IN FESTKOERPERN . 6.1 BAENDERMODELL ......................... 145 FERMI-GRENZENERGIE .................... 145 6.2 VIELTEILCHENSYSTEM BEI HOEHEREN TEMPERATUREN . . . . . . . 151 6.2.1 FERMI-DIRAC-FUNKTION .............. 152 6.2.2 FERMI-DIRAC-VERTEILUNG . . . . . . . . . . . . . 155 6.3 DAS BAENDERMODELL DER KRISTALLE .............. 158 LEITER UND NICHTLEITER . . . . . . . . : .......... 160 KRISTALLE BEI HOEHERER TEMPERATUR: LEITER. HALBLEITER UND NICHTLEITER ....................... 162 6.5.1 METALLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 6.5.2 HALBLEITER UND ISOLATOREN ............. 164 6.6 DOTIERTE HALBLEITER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6.7 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 VIELTEILCHENSYSTEM AM ABSOLUTEN TEMPERATURNULLPUNKT . 6.4 KRISTALLE AM ABSOLUTEN TEMPERATURNULLPUNKT: 6.5 X INHALTSVERZEICHNIS 7 LADUNGSTRANSPORT DURCH GRENZFLAECHEN . SCHALTELEMENTE . . . 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 GRENZFLAECHE METALL-VAKUUM . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 EXPERIMENT ZUR THERMISCHEN ELEKTRONENEMISSION . 7.1.2 POTENTIALVERLAUF AN DER GRENZFLAECHE METALL-VAKUUM . BILDPOTENTIAL . AUSTRITTSARBEIT . . 7.1.3 STROMDICHTE DES THERMISCHEN EMISSIONSSTROMES . RICHARDSON-GLEICHUNG . . . . . . . . . . . . . . *EMISSIONSSTROM BEI AEUSSEREM FELD . . . . . . . . . . . . 7.2.1 SCHOTTKY-EFFEKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 FELDEMISSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VAKUUMDIODE ....................... 7.3.1 KENNLINIE DER VAKUUMDIODE . . . . . . . . . . . 7.3.2 SCHALTUNG DER VAKUUMDIODE ALS GLEICHRICHTER . . 7.3.3 *DEUTUNG DER DIODENKENNLINIE . . . . . . . . . . TRIODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 KENNLINIENFELD DER TRIODE . . . . . . . . . . . . 7.4.2 TRIODE ALS VERSTAERKER . . . . . . . . . . . . . . . DIE GRENZFLAECHE ZWISCHEN VERSCHIEDENEN METALLEN . KONTAKTSPANNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EINFACHSTE UEBERLEGUNGEN UND EXPERIMENTE ZUR HALBLEITERDIODE .................... *BANDSTRUKTUR IM HALBLEITER MIT RAEUMLICH VERAENDERLICHER DOTATION . . . . . . . . . . . *DIE GRENZFLAECHE ZWISCHEN EINEM P- UND EINEM N-DOTIERTEN HALBLEITER . PN-UEBERGANG . *HALBLEITERDIODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9.1 HALBLEITERDIODE IN EINEM STROMKREIS OHNE AEUSSERE STROMQUELLE . . . . . . . . . . . . . 7.9.2 BELASTETE HALBLEITERDIODE . . . . . . . . . . . . . SCHOTTKY -RANDSCHICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.10 BIPOLARE TRANSISTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.10.1 KENNLINIENFELD DES PNP-TRANSISTORS . . . . . . . . 7.10.2 TRANSISTOR ALS VERSTAERKER . . . . . . . . . . . . . 7.1 1 *SCHEMATISCHE BERECHNUNG DER TRANSISTORKENNLINIEN . . . 7.12 FELDEFFEKT-TRANSISTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.12.2 METALL-OXID-SILIZIUM-FELDEFFEKT-TRANSISTOREN . . 7.12.1 SPERRSCHICHT-FELDEFFEKT-TRANSISTOREN . . . . . . . 7.13 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 172 173 173 176 179 179 182 183 183 184 185 187 188 189 190 192 194 196 199 200 202 204 205 207 207 212 212 214 216 INHALTSVERZEICHNIS DAS MAGNETISCHE FLUSSDICHTEFELD DES STATIONAEREN STROMES . LORENTZ-KRAFT ......................... 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.1 1 8.12 8.13 8.14 8.15 GRUNDLEGENDE EXPERIMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . DAS FELD DER MAGNETISCHEN FLUSSDICHTE . . . . . . . . . . MESSUNG DER MAGNETISCHEN FLUSSDICHTE . HALL-EFFEKT . . . . FELDER VERSCHIEDENER STROMDURCHFLOSSENER ANORDNUNGEN . 8.4.1 LANGER. GESTRECKTER DRAHT . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 KREISSCHLEIFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.3 HELMHOLTZ-SPULE . . . . . . . . . . . . . . . . . ABLENKUNG GELADENER TEILCHEN IM B-FELD . MESSUNG DES LADUNGS-MASSE-QUOTIENTEN DES ELEKTRONS . BAHNEN IN GEKREUZTEN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . WIEN-FILTER . . . . . . . . . . DIE FELDGLEICHUNGEN DES STATIONAEREN MAGNETFELDES . . . . DAS VEKTORPOTENTIAL .................... MAGNETISCHES DIPOLFELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . FELD EINER LANGEN SPULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . LORENTZ-KRAFT UND ELEKTRISCHER ANTRIEB . . . . . . . . . . 8.1 1.1 STROMDURCHFLOSSENE, DREHBARE DRAHTSCHLEIFE IM B-FELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 1.2 SCHEMA DES GLEICHSTROMMOTORS . . . . . . . . . LORENTZ-KRAFT UND STROMERZEUGUNG . . . . . . . . . . . . 8.12.1 EINFUEHRUNG EINER DRAHTSCHLEIFE IN EIN HOMOGENES B-FELD . . . . . . . . . . . . . 8.12.2 ROTIERENDE DRAHTSCHLEIFE IM HOMOGENEN B-FELD . FARADAYSCHES INDUKTIONSGESETZ . . . . . . . . . . . . . . *MAGNETISIERBARKEIT EINER LEITENDEN KUGELSCHALE . . . . . AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MAGNETISCHE ERSCHEINUNGEN IN MATERIE . . . . . . . . . . . . 9.1 MATERIE IM MAGNETISCHEN FLUSSDICHTEFELD . PERMEABILITAET . . 9.1.1 EXPERIMENTE ZUM FERROMAGNETISMUS . HYSTERESE . ELEKTROMAGNET . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.2 EXPERIMENTE ZUM DIA- UND PARAMAGNETISMUS . . 9.2 MAGNETISIERUNG . MAGNETISCHE SUSZEPTIBILITAET . . . . . . . 9.3 DIE MAGNETISCHE FELDSTAERKE . FELDGLEICHUNGEN IN MATERIE . 9.4 UNSTETIGKEITEN DER MAGNETISCHEN FELDGROESSEN B UND H . . 9.5 KRAFTDICHTE UND ENERGIEDICHTE DES MAGNETISCHEN FELDES . 9.5.1 . . 9.5.2 MAGNETISCHE ENERGIEDICHTE . . . . . . . . . . . . KRAFTDICHTE AUF EINE STROMVERTEILUNG . ENERGIE EINES DIPOLS IM MAGNETISCHEN FLUSSDICHTEFELD XI 217 217 218 224 227 227 228 229 230 234 237 240 241 246 247 247 251 252 252 257 262 263 266 269 269 269 272 273 276 27 8 279 279 282 XI1 INHALTSVERZEICHNIS 9.6 *MIKROSKOPISCHE BEGRUENDUNG DER FELDGLEICHUNGEN DES STATIONAEREN MAGNETFELDES IN MATERIE . . . . . . . . . . 9.6.1 MIKROSKOPISCHE UND MAKROSKOPISCHE STROMVERTEILUNGEN . FELDGLEICHUNGEN . . . . . . . 9.6.2 DURCH MAGNETISIERUNG ERZEUGTE STROMDICHTE . . . 9.7 URSACHEN DER MAGNETISIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . 9.7.1 *DIAMAGNETISMUS FREIER ATOME . . . . . . . . . . 9.7.2 *PARAMAGNETISMUS FREIER ATOME . . . . . . . . . 9.7.3 *PARA- UND DIAMAGNETISMUS FREIER ELEKTRONEN . . 9.7.4 *FERROMAGNETISMUS . . . . . . . . . . . . . . . . 9.8 PERMANENTMAGNETE . DREHSPULINSTRUMENT . . . . . . . . . 9.9 VERGLEICH ELEKTRISCHER UND MAGNETISCHER FELDGROESSEN IN MATERIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.10 AUFGABEN ......................... 10 QUASISTATIONAERE VORGAENGE . WECHSELSTROM . . . . . . . . . . . 10.1 UEBERGANG VON ZEITUNABHAENGIGEN ZU QUASISTATIONAEREN FELDERN 10.2 GEGENINDUKTION UND SELBSTINDUKTION . . . . . . . . . . . 10.3 MAGNETISCHE ENERGIE EINES LEITERKREISES . . . . . . . . . 10.4 EIN- UND AUSSCHALTVORGAENGE . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.1 10.4.2 ENERGIEINHALT EINER STROMDURCHFLOSSENEN SPULE . . 10.4.3 REIHENSCHALTUNG AUS WIDERSTAND UND KAPAZITAET . 10.4.4 ENERGIEINHALT EINES AUFGELADENEN KONDENSATORS . 10.4.5 EXPERIMENTE ZU RL- UND RC-KREISEN . . . . . . 10.4.6 EINSTELLBARE ZEITVERZOEGERUNG ZWISCHEN ZWEI SPANNUNGSIMPULSEN . UNIVIBRATOR . 10.4.7 ERZEUGUNG VON RECHTECKSPANNUNGEN . MULTIVIBRATOR 10.5 TRANSFORMATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6 WIRBELSTROEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.8 DER SCHWINGKREIS ..................... 10.8.1 GEDAEMPFTE SCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . 10.8.2 ANALOGIEN ZWISCHEN ELEKTRISCHEN UND MECHANISCHEN SCHWINGUNGEN . . . . . . . . 10.8.3 ERZEUGUNG UNGEDAEMPFTER ELEKTRISCHER REIHENSCHALTUNG AUS WIDERSTAND UND INDUKTIVITAET 10.7 LENZSCHE REGEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.9 WECHSELSTROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.9.1 KOMPLEXE SCHREIBWEISE FUER SPANNUNG, STROMSTAERKE UND WIDERSTAND . . . . . . . . . . . 10.9.2 LEISTUNG IM WECHSELSTROMKREIS . . . . . . . . . . 285 285 287 288 288 290 294 296 300 302 306 307 307 308 312 314 3 14 3 17 3 17 320 320 32 1 3 23 324 326 327 330 331 334 335 336 336 338 INHALTSVERZEICHNIS XI11 10.9.3 WECHSELSTROMKREIS MIT OHMSCHEM WIDERSTAND . . . . . . . . . 10.9.4 KIRCHHOFFSCHE REGELN FUER WECHSELSTROMKREISE . . 10.10 RESONANZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.10.1 LEISTUNGSAUFNAHME DES SERIENRESONANZKREISES. RESONANZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.10.2 RESONANZBREITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.10.3 ANALOGIEN ZUR MECHANIK. EINSCHWINGVORGAENGE . . 10.10.4 MOMENTANE LEISTUNG IM SERIENRESONANZKREIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ODER INDUKTIVITAET ODER KAPAZITAET 10.1 1 AUFGABEN 11 DIE MAXWELLSCHEN GLEICHUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN IN ABWESENHEIT VON MATERIE . 1 1.1.1 DIFFERENTIELLE FORM DER MAXWELLSCHEN GLEICHUNGEN 1 1.1.2 INTEGRALFORM DER MAXWELLSCHEN GLEICHUNGEN . . . 11.2 DIE POTENTIALE DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES. EICHTRANSFORMATIONEN. D* ALEMBERTSCHE GLEICHUNGEN . . . 1 1.2.1 VEKTORPOTENTIAL UND SKALARES POTENTIAL . . . . . . 1 1.2.2 EICHTRANSFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2.3 D* ALEMBERTSCHE GLEICHUNG. LORENTZ-EICHUNG. COULOMB-EICHUNG . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.4 DIE QUASISTATIONAEREN VORGAENGE ALS NAEHERUNG DER MAXWELL-GLEICHUNGEN . . . . . . . . . . . . 1 1.3 MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN IN ANWESENHEIT VON MATERIE . 1 1.3.1 ZEITABHAENGIGE POLARISATION UND MAGNETISIERUNG. POLARISATIONSSTROM . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.2 *MIKROSKOPISCHE BEGRUENDUNG DER FELDGLEICHUNGEN IN MATERIE. MAGNETOELEKTRISCHER EFFEKT . . . . . . . . . . . . 1 1.3.3 NACHWIRKUNGSEFFEKTE . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3.4 ANALOGIEN ZWISCHEN ELEKTRISCHEN . . . . . . . . . . 1 1.4 ENERGIEERHALTUNGSSATZ. POYNTING-VEKTOR . . . . . . . . . . 1 1 .5 IMPULSERHALTUNGSSATZ. MAXWELLSCHER SPANNUNGSTENSOR . . 11.6 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . UND MAGNETISCHEN FELDGROESSEN 12 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1 EBENE WELLEN ALS LOESUNGEN DER MAXWELL-GLEICHUNGEN IM VAKUUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2 ERZEUGUNG UND NACHWEIS ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN . . 12.3 UEBERLAGERUNG VON WELLEN. SUPERPOSITIONSPRINZIP . . . . . 12.3.1 LINEARE, ZIRKULARE UND ELLIPTISCHE POLARISATION . . 12.3.2 STEHENDE WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 34 1 346 346 349 350 35 1 352 356 357 357 362 365 365 367 369 37 1 372 372 375 382 383 385 39 1 396 399 400 407 41 1 41 1 415 XIV INHALTSVERZEICHNIS 12.3.3 INTERFERENZ EBENER WELLEN . . . . . . . . . . . . 416 12.4 LOESUNGEN DER INHOMOGENEN D* ALEMBERT-GLEICHUNG . . . . 421 12.4.1 DIE GREEN-FUNKTION DER D* ALEMBERT-GLEICHUNG . 421 12.5 ERZEUGUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN . . . . . . . . . . 424 12.5.1 ABSTRAHLUNG EINES SCHWINGENDEN ELEKTRISCHEN DIPOLS . . . . . . . . . . . . . . . . 424 12.5.2 ABSTRAHLUNG EINES SCHWINGENDEN MAGNETISCHEN DIPOLS . . . . . . . . . . . . . . . 435 12.6 STRAHLUNG EINES BEWEGTEN GELADENEN TEILCHENS . . . . . . 438 12.6.1 LIENARD-WIECHERT.POTENTIALE . ELEKTROMAGNETISCHE FELDER . . . . . . . . . . . . 438 12.6.2 DISKUSSION DER FELDER . ABSTRAHLUNG . . . . . . . . 440 12.7 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 13 RELATIVISTISCHE ELEKTRODYNAMIK . . . . . . . . . . . . . . . . 449 13.1 EINSTEINS SPEZIELLE RELATIVITAETSTHEORIE . . . . . . . . . . . 449 13.1.1 UNABHAENGIGKEIT DER LICHTGESCHWINDIGKEIT VOM BEZUGSSYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . 449 13.1.2 LORENTZ-TRANSFORMATION . . . . . . . . . . . . . 449 13.1.3 VIERDIMENSIONALER VEKTORRAUM . MINKOWSKI-GEOMETRIE . . . . . . . . . . . . . . 454 13.1.4 RELATIVISTISCHE MECHANIK EINES MASSENPUNKTES . . 458 13.2 DIE MAGNETISCHE INDUKTION ALS RELATIVISTISCHER EFFEKT . . . 463 13.2.1 LORENTZ-TRANSFORMATION DER GESCHWINDIGKEIT . . 465 13.2.2 LORENTZ-TRANSFORMATION DER COULOMB-KRAFT . . . 466 13.2.3 ZERLEGUNG DER TRANSFORMIERTEN NEWTON-KRAFT IN COULOMB- UND LORENTZ-KRAFT . . . . . . . . . . 468 13.2.4 EXPLIZITE DARSTELLUNG DER TRANSFORMIERTEN FELDSTAERKEN . . . . . . . . . . 470 13.2.5 VERGLEICH MIT ERGEBNISSEN AUS DEM EXPERIMENT . 472 13.2.6 LADUNGSERHALTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 13.3 DIE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN DES E- UND DES B-FELDES IM BEWEGTEN SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 13.3.1 ROTATION DES ELEKTRISCHEN FELDES . . . . . . . . . 479 13.3.2 DIVERGENZ DES ELEKTRISCHEN FELDES . . . . . . . . 480 13.3.3 ROTATION DES FELDES DER MAGNETISCHEN INDUKTION . 481 13.3.4 DIVERGENZ DES FELDES DER MAGNETISCHEN INDUKTION 483 13.4 DAS ELEKTROMAGNETISCHE FELD IN RELATIVISTISCHER FORMULIERUNG 483 13.4.1 DAS FELDALS ANTISYMMETRISCHER TENSOR . . . . . . 483 13.4.2 RETARDIERTE ELEKTROMAGNETISCHE FELDSTAERKE . . . . 485 13.4.3 FELDSTAERKETENSOR UND MINKOWSKI-KRAFT . . . . . . 486 INHALTSVERZEICHNIS 13.4.4 DIE LORENTZ-TRANSFORMATION DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDSTAERKETENSORS . . . . 13.4.5 GEKREUZTE ELEKTRISCHE UND MAGNETISCHE FELDER . . 13.4.7 DAS VIERERPOTENTIAL DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES 13.4.8 DAS VIERERPOTENTIAL DES RETARDIERTEN 13.4.6 TEILCHENBAHNEN IN GEKREUZTEN FELDERN . . . . . . ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES . . . . . . . . . . . 13 . 5 RELATIVISTISCHE FELDGLEICHUNGEN . . . . . . . . . . . . . . 13.5.1 HERLEITUNG DER FELDGLEICHUNGEN DURCH LORENTZ-TRANSFORMATION AUS DEN GLEICHUNGENDER ELEKTROSTATIK . . . . . . 13.52 LORENTZ-TRANSFORMATION 13.5.3 KOVARIANTE FORM 13.5.4 KOVARIANTE FORM DER LADUNGS- UND STROMDICHTE . . . . . . . . . . DER INHOMOGENEN MAXWELL-GLEICHUNGEN . . . . . DER HOMOGENEN MAXWELL-GLEICHUNGEN . . . . . . 13.5.5 RELATIVISTISCHES VEKTORPOTENTIAL . . . . . . . . . . 13.6 ERHALTUNGSSAETZE . ENERGIE-IMPULS-TENSOR . . . . . . . . . MAXWELLSCHER SPANNUNGSTENSOR . . . . . . . . . 13.6.3 ENERGIE-IMPULS-ERHALTUNGSSATZ . . . . . . . . . . 13.6.1 KRAFTDICHTE DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES ... 13.6.2 ENERGIE-IMPULS-TENSOR . 13.7 ZUSAMMENFASSUNG DER RELATIVISTISCHEN ELEKTRODYNAMIK . . 13.8 KLASSIFIKATION PHYSIKALISCHER GROESSEN UND GESETZE UNTER LORENTZ-TRANSFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1 13.8.2 KLASSIFIKATION PHYSIKALISCHER GROESSEN . . . . . . . 13.8.3 KLASSIFIKATION PHYSIKALISCHER GESETZE . . . . . . 13.8.4 LORENTZ-KOVARIANZ DER GESETZE . . . . . . . . . . 13.8.5 BEISPIEL: RELATIVISTISCHE ELEKTRODYNAMIK . . . . . 13.9 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VORBEMERKUNGEN: ROTATIONEN IM DREIDIMENSIONALEN XV 488 490 494 503 504 504 504 505 507 508 511 513 513 514 517 519 521 521 525 525 527 528 530 A FORMELN ZUR VEKTORALGEBRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.L VEKTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.2 TENSOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B FORMELN ZUR VEKTORANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . B . 1 DIFFERENTIATION EINES VEKTORS NACH EINEM PARAMETER . . . . B.2 KOORDINATENSYSTEME .................... B.3 SKALARFELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B.4 VEKTORFELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B.5 PARTIELLE ABLEITUNG . RICHTUNGSABLEITUNG . GRADIENT . . . . . 532 532 537 542 542 543 546 548 550 XVI INHALTSVERZEICHNIS B.6 DIVERGENZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B.7 ROTATION .......................... B.8 LAPLACE-OPERATOR ..................... B.9 RECHENREGELN FUER DEN NABLA-OPERATOR . . . . . . . . . . . B.10 LINIENINTEGRAL ....................... B.11 OBERFLAECHENINTEGRAL .................... B 12 VOLUMENINTEGRAL ...................... B.13 INTEGRALSATZ VON STOKES . . . . . . . . . . . . . . . . . . B . 14 WEGUNABHAENGIGES LINIENINTEGRAL B . 15 INTEGRALSATZ VON GAUSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B.16 GREENSCHE SAETZE ...................... B . 17 EINDEUTIGE BESTIMMUNG EINES VEKTORFELDES DURCH DIVERGENZ UND ROTATION . . . . . . . . . . . . . . . B.18 AUFGABEN ......................... C VIERERVEKTOREN UND VIERERTENSOREN . . . . . . . . . . . . . . C . 1 MINKOWSKI-RAUM . VIERERVEKTOREN . . . . . . . . . . . . . C.2 VIERERTENSOREN ....................... C.3 LORENTZ-TRANSFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . C.4 NABLA-OPERATOR IM MINKOWSKI-RAUM . . . . . . . . . . . D WAHRSCHEINLICHKEITEN UND WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEN . . . D . 1 WAHRSCHEINLICHKEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D.2 WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEN . . . . . . . . . . . . . . . . E MAXWELL-BOLTZMANN-VERTEILUNG . . . . . . F DISTRIBUTIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F . 1 ANSCHAULICHE VORBEREITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . F.L.L DIRACSCHE DELTADISTRIBUTION . . . . . . . . . . . . F . 1.2 DIRACSCHE DELTADISTRIBUTION ALS ABLEITUNG DER STUFENFUNKTION . . . . . . . . . . . . . . . . E2 MATHEMATISCHE DEFINITION DER DISTRIBUTIONEN . . . . . . . F.2.1 TESTFUNKTIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . F.2.2 TEMPERIERTE DISTRIBUTIONEN . . . . . . . . . . . . F.2.3 ANWENDUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . F.3 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G RAEUMLICHE MITTELUNGEN PHYSIKALISCHER GROESSEN . . . . . . . H FERMI-DIRAC-FUNKTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H.L HERLEITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H.2 NAEHERUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 557 559 561 561 562 566 568 570 571 573 574 575 577 577 579 582 584 587 587 589 593 597 597 597 601 602 602 603 605 611 612 618 618 621 INHALTSVERZEICHNIS XVII I DIE WICHTIGSTEN SI-EINHEITEN DER ELEKTRODYNAMIK . . . . . . 623 J PHYSIKALISCHE KONSTANTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624 K SCHALTSYMBOLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625 HINWEISE UND LOESUNGEN ZU DEN AUFGABEN . . . . . . . . . . . . 627 SACHVERZEICHNIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
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Dahmen, Hans Dieter
Elektrodynamik eine Einführung in Experiment und Theorie ; mit 7 Tabellen, 51 Experimenten, 119 Aufgaben mit Hinweisen und Lösungen ; [für Bachelor- und Diplomstudium geeignet]
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title Elektrodynamik eine Einführung in Experiment und Theorie ; mit 7 Tabellen, 51 Experimenten, 119 Aufgaben mit Hinweisen und Lösungen ; [für Bachelor- und Diplomstudium geeignet]
title_auth Elektrodynamik eine Einführung in Experiment und Theorie ; mit 7 Tabellen, 51 Experimenten, 119 Aufgaben mit Hinweisen und Lösungen ; [für Bachelor- und Diplomstudium geeignet]
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title_full Elektrodynamik eine Einführung in Experiment und Theorie ; mit 7 Tabellen, 51 Experimenten, 119 Aufgaben mit Hinweisen und Lösungen ; [für Bachelor- und Diplomstudium geeignet] S. Brandt ; H. D. Dahmen
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Lehrbuch
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