Feynman-Vorlesungen über Physik 3

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1 Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands Feynman-Vorlesungen über Physik 3 Elektromagnetismus New Millennium-Edition DE GRUYTER

2 Inhaltsverzeichnis 1 Elektromagnetismus Elektrische Kräfte Elektrische und magnetische Felder Charakteristische Merkmale von Vektorfeldern Die Gesetze des Elektromagnetismus Was sind Felder wirklich? Elektromagnetismus in Wissenschaft und Technik Vektoranalysis Die Physik verstehen Skalarfelder und Vektorfelder T und h Ableitungen von Feldern der Gradient Der Operator V Operationen mit V Die Differentialgleichung des Wärmestroms Zweite Ableitungen der Vektorfelder Irrtümer 32 3 Integralsätze der Vektoranalysis Vektorielle Integrale; das Linienintegral von Vij/ Der Fluss eines Vektorfeldes Der Fluss aus einem Würfel; gaußscher Satz Wärmeleitung; die Diffusionsgleichung Die Zirkulation eines Vektorfeldes Die Zirkulation um ein Quadrat; stokesscher Satz Wirbelfreie und quellenfreie Felder Zusammenfassung 52 4 Elektrostatik Elektrostatik Coulombsches Gesetz; Superposition Elektrisches Potential E = -V Der Fluss von E Gaußsches Gesetz; die Divergenz von E Feld einer geladenen Kugel Feldlinien; Äquipotentialflächen 71

3 XX Inhaltsverzeichnis 5 Anwendung des gaußschen Gesetzes Elektrostatik ist gleich gaußsches Gesetz plus Gleichgewicht in einem elektrostatischen Feld Gleichgewicht in Anwesenheit von Leitern Stabilität von Atomen Das Feld einer geladenen Linie Eine geladene ebene Schicht; zwei ebene Schichten Eine geladene Kugel; eine geladene Kugelschale Ist das Feld einer Punktladung genau 1 /r2? Das Feld eines Leiters Das Feld in einem Hohlraum im Innern eines Leiters 88 6 Das elektrische Feld in Einzelfällen Gleichungen für das elektrische Potential Der elektrische Dipol Bemerkungen über Vektorgleichungen Das Dipolpotential als Gradient Die Dipolnäherung für eine beliebige Verteilung Das Feld geladener Leiter Die Methode der Bildladung Eine Punktladung in der Nähe einer leitenden Ebene Eine Punktladung in der Nähe einer leitenden Kugel Kondensatoren; parallele Platten Durchschlag bei hoher Spannung Das Feldemissionsmikroskop Das elektrische Feld in Einzelfällen (Fortsetzung) Methoden zur Ermittlung des elektrischen Feldes im statischen Fall Zweidimensionale Felder; komplexe Funktionen Plasmaschwingungen Kolloidale Teilchen in einem Elektrolyten Das elektrostatische Feld eines Gitters Elektrostatische Energie Die elektrostatische Energie von Ladungen. Eine homogen geladene Kugel Die Energie eines Kondensators. Kräfte auf geladene Leiter Die elektrostatische Energie eines Ionenkristalls Elektrostatische Energie in Kernen Energie im elektrostatischen Feld Die Energie einer Punktladung Elektrizität in der Atmosphäre Der Gradient des elektrischen Potentials der Atmosphäre Elektrische Ströme in der Atmosphäre Ursprung der elektrischen Ströme in der Atmosphäre Gewitter Der Mechanismus der Ladungstrennung Der Blitz 166

4 Inhaltsverzeichnis XXI 10 Dielektrika Die Dielektrizitätskonstante Der Polarisationsvektor P Polarisationsladungen Die Gleichungen der Elektrostatik in Anwesenheit von Dielektrika Felder und Kräfte in Anwesenheit von Dielektrika Vorgänge im Innern von Dielektrika Molekulare Dipole Elektronenpolarisation Polare Moleküle; Orientierungspolarisation Elektrische Felder in Hohlräumen eines Dielektrikums Die Dielektrizitätskonstante von Flüssigkeiten; die Clausius-Mossotti-Formel Feste Dielektrika Ferroelektrizität; BaTi Elektrostatische Analogien Dieselben Gleichungen haben dieselben Lösungen Der Wärmestrom Die aufgespannte Membran Die Diffusion von Neutronen Wirbelfreie Flüssigkeitsströmung; die Strömung um eine Kugel Beleuchtung; die gleichmäßige Beleuchtung einer Ebene Die grundlegende Einheit" der Natur Magnetostatik Das magnetische Feld Der elektrische Strom; die Erhaltung der Ladung Die auf einen Strom ausgeübte magnetische Kraft Das Magnetfeld stationärer Ströme; das amperesche Gesetz Das Magnetfeld eines geraden Drahtes und einer Spule; atomare Ströme Die Relativität magnetischer und elektrischer Felder Die Transformation von Strömen und Ladungen Superposition; die Rechte-Hand-Regel Das Magnetfeld in Einzelfällen Das Vektorpotential Das Vektorpotential bekannter Ströme Ein gerader Draht Ein langes Solenoid Das Feld einer kleinen Schleife; der magnetische Dipol Das Vektorpotential eines Stromkreises Das Gesetz von Biot und Savart Das Vektorpotential Auf eine Stromschleife ausgeübte Kräfte; Energie eines Dipols Mechanische und elektrische Energie Die Energie stationärer Ströme Vergleich von B und A 266

5 XXII Inhaltsverzeichnis 15.5 Das Vektorpotential in der Quantenmechanik Was für die Statik stimmt, ist für die Dynamik falsch Induzierte Ströme Motoren und Generatoren Transformatoren und Induktivitäten Auf induzierte Ströme ausgeübte Kräfte Elektrotechnik Die Induktionsgesetze Die Physik der Induktion Ausnahmen von der Flussregel" Beschleunigung von Teilchen durch ein induziertes elektrisches Feld; das Be tatron Ein Paradoxon Der Wechselstromgenerator Gegeninduktion Selbstinduktion Induktivität und magnetische Energie Die Maxwell-Gleichungen Maxwells Gleichungen Was der neue Term bewirkt Alles über die klassische Physik Ein Feld sich ausbreitendes Feld Die Lichtgeschwindigkeit Lösung der Maxwell-Gleichungen; die Potentiale und die Wellengleichung Das Prinzip der kleinsten Wirkung Lösungen der Maxwell-Gleichungen im leeren Raum Wellen im leeren Raum; ebene Wellen Wellen in drei Dimensionen Vorstellungsvermögen in der Naturwissenschaft Kugelwellen Die Maxwell-Gleichungen in Anwesenheit von Strömen und Ladungen Licht und elektromagnetische Wellen Von einer Punktquelle ausgehende Kugelwellen Die allgemeine Lösung der Maxwell-Gleichungen Das Feld eines schwingenden Dipols Das Potential einer bewegten Ladung; allgemeine Lösung Das Potential einer bewegten Ladung; die Lorentz-Formel 391

6 Inhaltsverzeichnis XXIII 22 Wechselstromschaltungen Impedanzen Generatoren Netzwerke von idealen Schaltelementen; die kirchhoffschen Gesetze Ersatzschaltungen Energie Eine leiterförmige Schaltung Filter Andere Schaltelemente Hohlraumresonatoren Reale Schaltelemente Ein Kondensator bei hohen Frequenzen Ein Hohlraumresonator Eigenschwingungen eines Hohlraums Hohlräume und Resonanzkreise Wellenleiter Die Übertragungsleitung Das rechteckige Hohlrohr Die Grenzfrequenz Die Geschwindigkeit der geleiteten Wellen Der Nachweis geleiteter Wellen Hohlleiter-Klempnerei Eigenschwingungen von Hohlleitern Eine andere Betrachtungsweise geleiteter Wellen Elektrodynamik in relativistischer Notation Vierervektoren Das Skalarprodukt Der vierdimensionale Gradient Elektrodynamik in vierdimensionaler Notation Das Viererpotential einer bewegten Ladung Die Invarianz der Gleichungen der Elektrodynamik Lorentz-Transformation der Felder Das Viererpotential einer bewegten Ladung Das Feld einer mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Punktladung Relativistische Transformation der Felder Die Bewegungsgleichungen in relativistischer Notation Energie und Impuls des elektromagnetischen Feldes Lokale Erhaltung Energieerhaltung und Elektromagnetismus Energiedichte und Energieströmung im elektromagnetischen Feld Die Mehrdeutigkeit der Feldenergie Beispiele für Energieströmung Impuls des Feldes 511

7 XXIV Inhaltsverzeichnis 28 Elektromagnetische Masse Die Energie des Feldes einer Punktladung Der Impuls des Feldes einer bewegten Ladung Elektromagnetische Masse Die Kraft eines Elektrons auf sich selbst Versuche einer Abänderung der maxwellschen Theorie Das Feld der Kernkräfte Die Bewegung von Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern Bewegung in einem homogenen elektrischen oder magnetischen Feld Analyse nach Impulsen Eine elektrostatische Linse Eine magnetische Linse Das Elektronenmikroskop Führungsfelder in Beschleunigern Fokussierung mit alternierendem Gradienten Bewegung in einem gekreuzten elektrischen und magnetischen Feld 551 Index Band III 553 Gesamtindex 559 Personenverzeichnis 575