Physik Kompakt 2: Elektrodynamik Und Elektromagnetische Wellen

ISBN-13: 9783540431404 / Niemiecki / Miękka / 2002 / 450 str.

Rudolf Langkau; Wolfgang Scobel; Gunnar Lindstrom

Opis

Physik kompakt 2. Elektrodynamik und Elektromagnetische Wellen enthalt die Einfuhrung in die Grundlagen der Wechselwirkungen am Beispiel der Gravitation, der Elektrizitatslehre und des Magnetismus, wie sie ublicherweise im zweiten Semester angeboten werden. Die Grundlagen der elektrischen Leitung und die Betrachtungen zu den Erscheinungen des Elektromagnetismus im stofferfullten Raum sowie die Einfuhrung der zeitabhangigen elektromagnetischen Felder bereiten auf die Vorlesungen zur Wechselstromlehre und Festkorperphysik des Hauptstudiums vor. Zudem werden einfache Gesetze der Vektoranalysis rekapituliert. Der zweite Teil vertieft die Darstellungen um die Wellenlehre und fuhrt hin zur Wellenoptik und der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Raum. Erganzt und aufgelockert um Beispiele der praktischen Strahlenoptik und Interferenzerscheinungen liegt die Behandlung von Wellengleichungen den Autoren besonders am Herzen."

Spis treści

I Elektrodynamik.- 1 Gravitationswechselwirkung.- 1.1 Gravitationsgesetz.- 1.2 Gravitationskraft und potentielle Energie.- 1.3 Gravitationspotential und Gravitationsfeldstärke.- 1.4 Ergänzung: Planetenbahnen und Rutherfordstreuung.- 2 Elektrische Wechselwirkung.- 2.1 Elektrische Ladung und Coulombsches Gesetz.- 2.2 Elektrisches Feld, Feldstärke und Potential.- 2.3 Ergänzung: Potential einer Ladungswolke in Multipol-Darstellung.- 2.3.1 Mathematische Grundlagen.- 2.3.2 Wolke aus Punktladungen.- 2.3.3 Ein einfaches Beispiel.- 2.3.4 Kontinuierliche Ladungswolke.- 2.3.5 Axialsymmetrische Ladungswolke.- 2.3.6 Ein Beispiel: Homogen geladenes Rotationsellipsoid.- 2.3.7 Tensoren; Erinnerung an ein bekanntes Beispiel aus der Mechanik.- 2.4 Ergänzung: Wechselwirkung zwischen Dipolen.- 2.4.1 Feld eines elektrischen Dipols.- 2.4.2 Dipolfeld in großer Entfernung (r ? l, Fernfeld).- 2.4.3 Dipol mit dem Moment p im Feld eines Dipols mit dem Moment p0.- 2.5 Quantelung der Ladung, Ladungserhaltung, atomarer Aufbau der Materie.- 3 Magnetische Wechselwirkung.- 3.1 Magnetische Kraftwirkung auf elektrische Ladungen.- 3.2 Ergänzung: Potential für das Magnetfeld.- 3.2.1 Mathematischer Rückblick.- 3.2.2 Rückblick auf die Elektrostatik.- 3.2.3 Magnetisches Feld.- 3.2.4 Allgemeines Beispiel.- 3.2.5 Konkretes Beispiel und lehrreicher Sonderfall.- 3.3 Das Magnetfeld bewegter Ladungen (nicht relativistisch).- 3.4 Magnetische Wechselwirkung zwischen bewegten Ladungen.- 4 Elektrische Leitung.- 4.1 Strom als Ladungstransport; Ohmsches Gesetz; elektrische Leitfähigkeit.- 4.2 Mechanismus der elektrischen Leitung.- 4.3 Elektrische Netzwerke.- 4.4 Ergänzung: Elektrische und magnetische Felder um einen unendlich langen, geraden und stromdurchflossenen Leiter.- 4.4.1 Feld einer Linienladung.- 4.4.2 Feld einer Linienladung aus der Sicht eines bewegten Beobachters.- 4.4.3 Feld eines geraden und stromdurchflossenen (Metall-) Drahtes aus der Sicht eines ruhenden Beobachters.- 4.4.4 Feld eines geraden und stromdurchflossenen Drahtes aus der Sicht eines bewegten Beobachters.- 4.4.5 Kräfte auf eine Ladung.- 5 Materie im statischen elektrischen und magnetischen Feld.- 5.1 Gaußscher Satz des elektrischen Feldes.- 5.2 Materie im elektrischen Feld.- 5.3 Ergänzung: Potential und Feldstärke polarisierter Materie.- 5.3.1 Homogen polarisierte, unendlich ausgedehnte Platte.- 5.3.2 Ursprünglich unpolarisierte, unendlich ausgedehnte Platte im äußeren homogenen Feld.- 5.3.3 Mit einem Dielektrikum ausgefüllter Plattenkondensator.- 5.3.4 Geschichtete, unendlich ausgedehnte Platte im homogenen Feld.- 5.3.5 Homogen polarisierte Kugel.- 5.3.6 Ursprünglich unpolarisierte Kugel im äußeren homogenen Feld.- 5.4 Amperescher Satz des Magnetfeldes.- 5.5 Materie im Magnetfeld.- 5.6 Zusammenfassung der Gesetzmäßigkeiten des statischen elektrischen und magnetischen Feldes.- 6 Zeitabhängige elektromagnetische Felder.- 6.1 Elektromagnetische Induktion, FARADAY-HENRY-Satz.- 6.2 Ampere-Maxwell-Satz.- 6.3 Maxwell-Gleichungen.- 6.4 Ergänzung: Hochfrequente Wechselströme in Drähten.- 6.5 Ergänzung: Selbsterregte Oszillatoren für elektrische Schwingungen.- 7 Anhang: Notizen und simple Beispiele zur Vektoranalysis.- 7.1 Radialkraftfeld.- 7.2 Temperaturverteilung.- 7.3 Druckverteilung.- 7.4 Zentralkraftfeld.- 7.5 Kraftfeld.- 7.6 Rotation eines Vektorfeldes. Einfache Beispiele aus der Mechanik.- 7.7 Zum Begriff der “Divergenz” eines Vektorfeldes.- 7.8 Welche Zentralkraftfelder sind quellenfrei?.- II Elektromagnetische Wellen.- 1 Harmonische Wellen im Raum.- 1.1 Grundlagen und Definitionen.- 1.2 Das HUYGENS’sche Prinzip der Wellenausbreitung.- 1.3 Reflexion und Brechung.- 1.4 Beugung.- 1.4.1 Vorbemerkung.- 1.4.2 Beugung am Spalt.- 1.4.3 Beugung an einer Kreisblende.- 1.5 Interferenz.- 1.5.1 Vorbemerkung.- 1.5.2 Überlagerung zweier Kugelwellen.- 1.5.3 Überlagerung mehrerer ebener Wellen.- 1.5.4 Beugung am Gitter.- 1.6 Ergänzung: Das BABINETsche Theorem bei der Beugung am Gitter.- 1.6.1 Vorbemerkungen zur Beugung an Gittern.- 1.6.2 Gesetzmäßigkeiten der Beugung an Gittern.- 1.6.3 Das BABINETsche Theorem.- 1.6.4 Anwendung auf die Gitterbeugung.- 1.7 Ergänzung: Beugung und Fourier-Transformation.- 1.7.1 Mathematische Vorbemerkungen.- 1.7.2 Ein erstes mathematisches Beispiel.- 1.7.3 Beugung am Spalt.- 1.7.4 Ein zweites mathematische Beispiel.- 1.7.5 Beugung am Gitter.- 1.7.6 Beugung am Sinus-Gitter.- 1.7.7 Beugung am Grau-Keil.- 1.7.8 Ein wichtiger Sonderfall der Fourier-Transformation.- 1.8 Wellenausbreitung in dispersiven Medien.- 1.9 Ergänzung: Zur Dispersion von Wellen.- 1.9.1 Allgemeines.- 1.9.2 Wellenausbreitung ohne Dispersion.- 1.9.3 Wellenausbreitung mit Dispersion an zwei Beispielen mechanischer Wellen.- 2 Elektromagnetische Wellen.- 2.1 Existenz und grundsätzliche Eigenschaften.- 2.2 Energietransport durch elektromagnetische Wellen.- 2.3 Reflexion und Transmission elektromagnetischer Wellen.- 2.4 Elektromagnetische Wellen in homogenen, isotropen, neutralen und leitenden Substanzen.- 2.5 Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit Metallen.- 2.6 Übertragung von Signalen durch Kabel.- 2.7 Doppler-Effekt und Aberration bei elektromagnetischen Wellen.- 2.8 Entstehung elektromagnetischer Wellen.- 2.8.1 Potentiale zeitabhängiger Raumladungsund Strom-Dichteverteilungen.- 2.8.2 Elektromagnetische Wellen von bewegten Punktladungen.- 2.8.3 Spezialfälle.- 2.8.4 Elektromagnetische Wellen von einem oszillierenden Dipol.- 3 Optik.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Geometrische Optik.- 3.2.1 Vorbemerkung.- 3.2.2 Spiegel.- 3.2.3 Brechung an planparallelen Platten.- 3.2.4 Brechung an Prismen.- 3.2.5 Brechung an sphärischen Linsen.- 3.2.6 Ergänzung: Die sphärische Aberration für einen einfachen Fall.- 3.2.7 Optische Instrumente.- 3.3 Interferenzerscheinungen.- 3.3.1 Erzeugung kohärenter Lichtbündel durch Brechung am Fresnelschen Biprisma.- 3.3.2 Erzeugung kohärenter Lichtbündel durch Reflexion (Lloydscher Spiegelversuch).- 3.3.3 Erzeugung kohärenter Lichtbündel durch Reflexion einer planparallelen Platte.- 3.4 Einfluss der Beugung auf das Auflösungsvermögen abbildender optischer Instrumente.- 3.5 Holographie.- 3.6 Polarisationserscheinungen.- 3.6.1 Streuung und Polarisation.- 3.6.2 Anisotropie und Polarisation.- 3.6.3 Optische Aktivität und Polarisation.- 3.6.4 Durchlässigkeit von Polarisatoren und Analysatoren.- Sachwortverzeichnis.

Blurb

Physik kompakt 2. Elektrodynamik und Elektromagnetische Wellen enthält die Einführung in die Grundlagen der Wechselwirkungen am Beispiel der Gravitation, der Elektrizitätslehre und des Magnetismus, wie sie üblicherweise im zweiten Semester angeboten werden. Die Grundlagen der elektrischen Leitung und die Betrachtungen zu den Erscheinungen des Elektromagnetismus im stofferfüllten Raum sowie die Einführung der zeitabhängigen elektromagnetischen Felder bereiten auf die Vorlesungen zur Wechselstromlehre und Festkörperphysik des Hauptstudiums vor. Zudem werden einfache Gesetze der Vektoranalysis rekapituliert. Der zweite Teil vertieft die Darstellungen um die Wellenlehre und führt hin zur Wellenoptik und der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Raum. Ergänzt und aufgelockert um Beispiele der praktischen Strahlenoptik und Interferenzerscheinungen liegt die Behandlung von Wellengleichungen den Autoren besonders am Herzen, sind diese doch für das weitere Studium der Physik in allen seinen Disziplinen von entscheidender Bedeutung.