Physik II

Elektrodynamik und Spezielle Relativitätstheorie

Klaus Dransfeld, Paul Kienle

• Verlag: De Gruyter Oldenbourg
• Jahr: 2014
• ISBN drucken:
  9783486585988
• eBook-ISBN:
  9783486846287
• Thema: Physical Sciences
• Thema: Mathematical & Computational Physics

Physik II behandelt die elektrodynamischen Erscheinungen und Prozesse und enthält eine Einführung in die relativistische Physik. Als Schlusskapitel findet der Leser eine Beschreibung der relativistischen Dynamik mit der Methode der Vierervektoren. Den Autoren ist es gelungen, den experimentellen wie auch den theoretischen Sachverhalt sehr anschaulich darzustellen. Damit werden die physikalischen Zusammenhänge auch dem mathematisch Ungeübten deutlich, da er nicht durch unnötige formale Beschreibungen verwirrt wird. Vorausgesetzt werden an mathematischen Vorkenntnissen lediglich die Differential- und Integralrechnung sowie die Grundlagen der Vektoranalysis. Der vorliegende Band besticht durch viele weiterführender Literaturhinweise, Beispiele und Übungsaufgaben und enthält zahlreiche moderne Anwendungen der Elektrodynamik u.a. in der Hochtemperatur-Supraleitung, der Feldionen- und Tunnelmikroskopie, der Mikrowellenausbreitung in Hohlleitern und dem Transrapid.

Inhaltsverzeichnis

• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Vorwort
• 1 Einführung
• 1.1 Kräfte zwischen ruhenden Ladungen: Elektrostatik
• 1.2 Kräfte zwischen bewegten Ladungen: Magnetische Kräfte
• 1.3 Das elektromagnetische Feld
• Literaturhinweise zu Kapitel 1
• 2 Grundlagen der Elektrostatik
• 2.1 Die Elementarladung
• 2.2 Das Coulombsche Gesetz
• 2.3 Das elektrische Feld
• 2.4 Das elektrische Potential
• 2.5 Das elektrische Feld als Gradient des Potentials
• 2.6 Der Gaußsche Satz der Elektrostatik
• Literaturhinweise zu Kapitel 2
• 3 Verschiedene Anwendungen der Gesetze der Elektrostatik
• 3.1 Gleichgewicht im elektrostatischen Feld
• 3.2 Das elektrostatische Feld einer ebenen Ladungsschicht
• 3.3 Das elektrische Feld eines Plattenkondensators
• 3.4 Unendlich langer, geladener Draht und Koaxialkabel
• 3.5 Das elektrische Feld einer homogen geladenen Kugel
• 3.6 Leiter in einem statischen elektrischen Feld
• 3.7 Spitzen in starken elektrischen Feldern
• 3.8 Das Rastertunnelmikroskop
• 3.9 Der Faradaysche Käfig
• 3.10 Influenz
• 3.11 Das elektrische Feld zwischen geladenen Leitern
• 3.12 Die Energie des elektrischen Feldes
• 3.13 Die Abschirmung elektrischer Potentiale in leitenden Medien
• Literaturhinweise zu Kapitel 3
• 4 Isolatoren im elektrischen Feld
• 4.1 Die Gleichungen der Elektrostatik in einem Dielektrikum
• 4.2 Die Polarisierbarkeit von Atomen in elektrischen Wechselfeldern
• 4.3 Die Dielektrizitätskonstante eines Plasmas
• 4.4 Die Orientierungspolarisation
• 4.5 Die Dielektrizitätskonstante eines dichten Mediums
• 4.6 Elektrische Polarisation in festen Körpern
• Literaturhinweise zu Kapitel 4
• 5 Der elektrische Strom
• 5.1 Stromdichte, Strom und Ladungserhaltung
• 5.2 Elektrische Leitfähigkeit und das Ohmsche Gesetz
• 5.3 Mikroskopisches Modell für das Ohmsche Gesetz
• 5.4 Elektronenleitung in festen Körpern
• 5.5 Ionenleitung in Elektrolytlösungen
• 5.6 Die elektrische Leistung eines Stromes in einem Widerstand
• 5.7 Elektromotorische Kraft
• 5.8 Austrittsarbeit, Kontaktspannung und Thermospannung
• 5.9 Stromkreise und Stromverzweigungen (Kirchhoffsche Regeln)
• Literaturhinweise zu Kapitel 5
• 6 Das magnetische Feld
• 6.1 Das Ampèresche Gesetz
• 6.2 Das Biot-Savartsche Gesetz
• 6.3 Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Feldern
• Literaturhinweise zu Kapitel 6
• 7 Die Bewegung von geladenen Teilchen im magnetischen Feld
• 7.1 Die magnetische Kraft auf einen stromführenden Draht
• 7.2 Der Hall-Effekt
• 7.3 Der magnetohydrodynamische Generator (MHD-Generator)
• 7.4 Bewegte metallische Leiter (Generatorprinzip)
• 7.5 Kraftwirkungen auf einen magnetischen Dipol
• 7.6 Bahnen freier Ladungen im Magnetfeld
• 7.7 Bahnen geladener Teilchen im Magnetfeld der Erde
• Literaturhinweise zu Kapitel 7
• 8 Induktionserscheinungen
• 8.1 Das Faradaysche Induktionsgesetz
• 8.2 Die Lenzsche Regel
• 8.3 Beispiele zum Induktionsgesetz
• 8.4 Die Selbstinduktion
• 8.5 Die Energie des magnetischen Feldes
• 8.6 Der elektrische Schwingkreis
• 8.7 Erzwungene elektrische Schwingungen
• 8.8 Wechselstromleistung
• Literaturhinweise zu Kapitel 8
• 9 Materie im Magnetfeld
• 9.1 Die Magnetisierung der Materie
• 9.2 Die Feldgleichungen der Magnetostatik in Materie
• 9.3 Diamagnetisches Verhalten von Supraleitern
• Literaturhinweise zu Kapitel 9
• 10 Elektromagnetische Wellen
• 10.1 Erweiterung des Ampereschen Gesetzes für zeitlich veränderliche Felder: der Verschiebungsstrom
• 10.2 Die Maxwellschen Gleichungen
• 10.3 Die Wellenausbreitung im Vakuum
• 10.4 Die Energiedichte einer elektromagnetischen Welle
• 10.5 Elektromagnetische Wellen im Dielektrikum
• 10.6 Reflexion einer Welle an einer Isolatoroberfläche
• 10.7 Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Leitern
• 10.8 Geführte elektrische Wellen
• 10.9 Strahlung von einem oszillierenden elektrischen Dipol
• 10.10 Die Streuung elektromagnetischer Strahlung an Atomen
• Literaturhinweise zu Kapitel 10
• 11 Raum und Zeit: Einführung in das Relativitätsprinzip
• 11.1 Das Relativitätsprinzip in der klassischen Mechanik
• 11.2 Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wirkung
• 11.3 Das Relativitätsprinzip in der Elektrodynamik
• 11.4 Die Invarianz des Raum-Zeit-Abstandes
• 11.5 Die Lorentz-Transformation
• 11.6 Die Lorentz-invariante Addition von Geschwindigkeiten
• 11.7 Die Relativität der Gleichzeitigkeit von Ereignissen und deren Reihenfolge
• 11.8 Längenkontraktion
• 11.9 Die Zeitdilatation
• 11.10 Relativistischer Dopplereffekt und Aberration
• 11.11 Relativistische Dynamik - eine Einführung
• 12 Relativistische Dynamik mit Vierervektoren
• 12.1 Vierervektoren
• 12.2 Vierergeschwindigkeit eines Teilchens
• 12.3 Energie-Impulsvierervektor
• 12.4 Lorentz-Transformation des Energie-Impuls-Vierervektors
• 12.5 Zweikörper-Zerfall eines Teilchens
• 12.6 Teilchenproduktion an der Erzeugungs-Schwelle
• 12.7 Der Compton-Effekt
• 12.8 Vierervektoren in der Elektrodynamik
• 12.9 Die Bewegungsgleichung in relativistischer Schreibweise
• 12.10 Schlussbemerkung
• Literaturhinweise zu Kapitel 11 und 12
• Anhang
• A Maßsysteme der Elektrodynamik
• B SI-Einheiten
• C Vorsätze
• D Wichtige physikalische Konstanten
• E Abgeleitete Einheiten
• E.1 Länge
• E.2 Masse
• E.3 Zeit
• E.4 Temperatur
• E.5 Winkel
• E.6 Kraft, Druck
• E.7 Energie, Leistung, Wärmemenge
• E.8 Elektromagnetismus
• Sachverzeichnis