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Commit 43134a92 authored by Horns, Prof. Dr. Dieter's avatar Horns, Prof. Dr. Dieter :house_with_garden:
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added section on maxwell gleichungen

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......@@ -690,6 +690,7 @@ oder abstoßend ($W_\mathrm{pot}>0$) ist.
\end{figure}
\section{Elektrischer Fluss und Gauß'sches Gesetz}
\label{section:gauss}
Mit dem Konzept der elektrischen Feldlinien erkennen wir, dass die Feldstärke
gegeben ist durch die Flächendichte der Feldlinien.
Die Anzahl der Feldlinien ist proportional zu der Stärke der Quelle/Senke, also
......@@ -977,7 +978,7 @@ zu der Feldstärke $E_\mathrm{net}$:
\sigma_\mathrm{pol.} = \epsilon_0 \chi E_\mathrm{net}.
\]
Mit der Definition der \textit{relativen Dielektrizitätskonstanten} \i ndex{Dielektrizitätskonstante}
\index{Permittivität}
\index{Permittivität (relativ)}
\[ \epsilon_r := 1+\chi \]
gilt
\begin{equation}
......@@ -993,7 +994,7 @@ gilt
$\epsilon_0\epsilon_r$ ersetzen, um den Einfluss eines linearen und isotropen
Dielektrikums zu berücksichtigen.
\end{wichtig}
In einigen Lehrbüchern wird $\epsilon_r$ auch als \textit{Permittivität} bezeichnet.
In einigen Lehrbüchern wird das Produkt $\epsilon_0 \epsilon_r$ auch als \textit{Permittivität} bezeichnet.
In Tabelle~\ref{table:epsilonr} sind für einige Materialien die gängigen Werte für $\epsilon_r$
aufgeführt.
\begin{figure}
......@@ -1052,6 +1053,7 @@ aufgeführt.
\end{table}
\section{Die elektrische Verschiebung}
\label{section:elektrischeVerschiebung}
Im Beispiel~\ref{exam:gg} haben wir gesehen, dass das Gauß'sche Gesetz
zwar seine Gültigkeit für polarisierbare Dielektrika beibehält - wir müssen jedoch die freien Ladungen im Volumen
um die polarisierten Ladungen korrigieren. Im Zweifelsfall ist das jedoch eine
......
......@@ -15,6 +15,7 @@ Flusses, der zur \textit{Induktion eines nicht-konservativen elektrischen
Feldes} führt.
\section{Faraday'sches Induktionsgesetz}
\label{section:faraday}
Das physikalische Prinzip des Faraday'schen Induktionsgesetzes ist die
......@@ -210,6 +211,7 @@ induziert eine Spannung $U_\mathrm{ind}$, die der Änderung entgegenwirkt, also
\section{Maxwell'scher Verschiebungsstrom: Amp\`ere-Maxwell-Gleichung}
\label{section:maxwell-strom}
Wir haben das Amp\`ere'sche Gesetz $\bm{\nabla}\times \bm{H} = \bm{j}$ (siehe auch Gl.~\ref{eqn:ampereH}) und die Kontinuitätsgleichung \ref{eqn:continuity} kennengelernt.
......
\chapter{Maxwell'sche Gleichungen}
\section{Zusammenfassung der Maxwell'schen Gleichungen}
\chapter{Maxwell'sche Gleichungen: Überblick }
\section{Maxwell'sche -Gleichungen in Vakuum}
In den vergangenen Kapiteln haben wir mehrere grundlegende Gleichungen kennengelernt.\\
\textbf{Gauß'sches Gesetz für elektrische Felder} (siehe auch Abschnitt \ref{section:gauss}):
\begin{equation}
\nabla\cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0}
\end{equation}
\textbf{Gauß'sches Gesetz für magnetische Felder} (ohne magnetische Monopole, siehe auch Abschnitt \ref{subsectionBandBflux}):
\begin{equation}
\nabla \cdot \mathbf{B} = 0
\end{equation}
\textbf{ Faraday'sches Induktionsgesetz} (siehe auch Abschnitt~\ref{section:faraday}:
\begin{equation}
\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}
\end{equation}
\textbf{ Amp\`ere-Maxwell-Gleichung} (siehe auch Abschnitt~\ref{section:maxwell-strom}):
\begin{equation}
\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{j} + \mu_0 \epsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}.
\end{equation}
Zusammen mit der Kraft auf eine bewegte Ladung
\begin{equation}
\mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v}\times \mathbf{B})
\end{equation}
lässt sich das Feld orts- und zeitabhängig beschreiben und damit die resultierende Kraft auf eine Ladung $q$ berechnen.
\section{Maxwell-Gleichungen in Materie}
Die Maxwell'schen Gleichungen sind allgemein gültig, wobei die beitragenden Ladungsdichte $\rho$ und Stromdichte $\mathbf{j}$ in einem dielektrischen Medium (Isolator) nicht ohne weiteres angegeben werden können.
Ein äußeres elektrisches Feld wird z.B. ein neutrales Atom, das aus positiven Ladungen im Kern und negativen Ladungen in
der Atomhülle besteht, \textit{polarisieren} (siehe Abschnitt \ref{section:elektrischeVerschiebung}). Ein äußeres Magnetfeld führt zur Erzeugung von resultierenden magnetischen Momenten. Auch hier lässt sich eine makroskopische mittlere
lineare Änderung des angelegten Feldes durch die Magnetisierung des Mediums angeben. Die resultierenden Maxwell-Gleichungen für die resultierenden Netto-Felder $\mathbf{E}_\mathrm{net}$ und $\mathbf{B}_\mathrm{net}$ sind dann:
\textbf{Gauß'sches Gesetz für elektrische Felder} (siehe auch Abschnitt \ref{section:gauss}):
\begin{equation}
\nabla\cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0 \epsilon_r}
\end{equation}
\textbf{Gauß'sches Gesetz für magnetische Felder} (ohne magnetische Monopole, siehe auch Abschnitt \ref{subsectionBandBflux}):
\begin{equation}
\nabla \cdot \mathbf{B} = 0
\end{equation}
\textbf{ Faraday'sches Induktionsgesetz} (siehe auch Abschnitt~\ref{section:faraday}:
\begin{equation}
\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}
\end{equation}
\textbf{ Amp\`ere-Maxwell-Gleichung} (siehe auch Abschnitt~\ref{section:maxwell-strom}):
\begin{equation}
\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mu_r \mathbf{j} + \mu_0\mu_r \epsilon_0\epsilon_r \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}.
\end{equation}
Wenn wir das elektrische Feld $\mathbf{E}$ durch die elektrische Verschiebung $\mathbf{D} = \epsilon_r\epsilon_0 \mathbf{E}_\mathrm{net}$ und
$\mathbf{H} = \mu_r \mu_0 \mathbf{B}_\mathrm{net}$ ersetzen, erhalten wir die Maxwell-Gleichungen in einer einfacheren Form:
\begin{equation}
\nabla \cdot \mathbf{E} = \rho_\mathrm{frei}
\end{equation}
\begin{equation}
\nabla \cdot \mathbf{H} = 0
\end{equation}
\begin{equation}
\nabla \times \mathbf{D} = -\frac{\partial \mathbf{H}}{\partial t}
\end{equation}
\begin{equation}
\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{j}_\mathrm{frei} + \frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t}.
\end{equation}
Die freie Ladungsdichte $\rho_\mathrm{frei}$ und Stromdichte $\mathbf{j}_\mathrm{frei}$ sind hierbei die tatsächlich vorhandenen freien Ladungen und Ströme, die z.B. in einem Leiter als Plasma vorhanden sind.
Prinzipiell lassen sich mit diesen Gleichungen die Größen $\mathbf{D}$ und $\mathbf{H}$ bestimmen und im linearen Fall die resultierenden netto-Felder über die Zusammenhänge (s.o.) berechnen.
\section{Skalares Potenzial und Vektorpotenzial}
\section{Eichbedingungen}
\section{Lorentz-Invariante Feldgleichungen}
......
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