Inhaltsverzeichnis Elektrostatik

Transkript

1 Inhaltsverzeichnis 1. Elektrostatik 1.1 Elektrische Ladungen; Coulomb-Gesetz DaselektrischeFeld Elektrische Feldstärke Elektrischer Fluss; Ladungen als Quellen des elektrischen Feldes Elektrostatisches Potential Potential und Spannung Potentialgleichung Äquipotentialflächen Spezielle Ladungsverteilungen Multipole Der elektrische Dipol Der elektrische Quadrupol Multipolentwicklung LeiterimelektrischenFeld Influenz Kondensatoren DieEnergiedeselektrischenFeldes DielektrikaimelektrischenFeld Dielektrische Polarisation Polarisationsladungen Die Gleichungen des elektrostatischen Feldes inmaterie Die elektrische Feldenergie im Dielektrikum Die atomaren Grundlagen von Ladungen undelektrischenmomenten Der Millikan-Versuch Ablenkung von Elektronen und Ionen inelektrischenfeldern Molekulare Dipolmomente Elektrostatik in Natur und Technik Reibungselektrizität und Kontaktpotential Das elektrische Feld der Erde und ihrer Atmosphäre Die Entstehung von Gewittern Elektrostatische Staubfilter

2 1.9.5 Elektrostatische Farbbeschichtung Elektrostatische Kopierer und Drucker Zusammenfassung Übungsaufgaben Der elektrische Strom 2.1 Strom als Ladungstransport Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz Driftgeschwindigkeit und Stromdichte DasOhmscheGesetz Beispiele für die Anwendung des Ohmschen Gesetzes Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes fester Körper; Supraleitung Stromleistung und Joulesche Wärme Netzwerke; Kirchhoffsche Regeln Reihenschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Widerständen Wheatstonesche Brückenschaltung MessverfahrenfürelektrischeStröme Strommessgeräte Schaltung von Amperemetern Strommessgeräte als Voltmeter Ionenleitung in Flüssigkeiten Stromtransport in Gasen; Gasentladungen Ladungsträgerkonzentration Erzeugungsmechanismen für Ladungsträger Strom-Spannungs-Kennlinie Mechanismus von Gasentladungen Verschiedene Typen von Gasentladungen Stromquellen Innenwiderstand einer Stromquelle Galvanische Elemente Akkumulatoren VerschiedeneTypenvonBatterien Chemische Brennstoffzellen ThermischeStromquellen Kontaktpotential DerSeebeck-Effekt Thermoelektrische Spannung Peltier-Effekt Zusammenfassung Übungsaufgaben Statische Magnetfelder 3.1 Permanentmagnete; Polstärke Magnetfelder stationärer Ströme Magnetischer Kraftfluss und magnetische Spannung

3 3.2.2 Das Magnetfeld eines geraden Stromleiters Magnetfeld im Inneren einer lang gestreckten Spule Das Vektorpotential Das magnetische Feld einer beliebigen Stromverteilung; Biot-Savart-Gesetz Beispiele zur Berechnung von magnetischen Feldern spezieller Stromanordnungen Kräfte auf bewegte Ladungen im Magnetfeld Kräfte auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Kräfte zwischen zwei parallelen Stromleitern Experimentelle Demonstration der Lorentzkraft Elektronen- und Ionenoptik mit Magnetfeldern Hall-Effekt Das Barlowsche Rad zur Demonstration der,,elektronenreibung in Metallen Elektromagnetisches Feld und Relativitätsprinzip Das elektrische Feld einer bewegten Ladung Zusammenhang zwischen elektrischem und magnetischem Feld Relativistische Transformation von Ladungsdichte undstrom Transformationsgleichungen für das elektromagnetische Feld MaterieimMagnetfeld Magnetische Dipole Magnetisierung und magnetische Suszeptibilität Diamagnetismus Paramagnetismus Ferromagnetismus Antiferro-, Ferrimagnete und Ferrite Feldgleichungen in Materie Elektromagnete DasMagnetfeldderErde Zusammenfassung Übungsaufgaben Zeitlich veränderliche Felder 4.1 Faradaysches Induktionsgesetz LenzscheRegel Durch Induktion angefachte Bewegung Elektromagnetische Schleuder Magnetische Levitation Wirbelströme Selbstinduktion und gegenseitige Induktion Selbstinduktion Gegenseitige Induktion Die Energie des magnetischen Feldes

4 4.5 Der Verschiebungsstrom Maxwell-Gleichungen und elektrodynamische Potentiale Zusammenfassung Übungsaufgaben Elektrotechnische Anwendungen 5.1 Elektrische Generatoren und Motoren Gleichstrommaschinen Wechselstromgeneratoren Wechselstrom Mehrphasenstrom; Drehstrom Wechselstromkreise mit komplexen Widerständen; Zeigerdiagramme Wechselstromkreis mit Induktivität Wechselstromkreis mit Kapazität Allgemeiner Fall Lineare Netzwerke; Hoch- und Tiefpässe; Frequenzfilter Hochpass Tiefpass Frequenzfilter Transformatoren Unbelasteter Transformator BelasteterTransformator Anwendungsbeispiele Impedanz-Anpassung bei Wechselstromkreisen Gleichrichtung Einweggleichrichtung Zweiweggleichrichtung Brückenschaltung Kaskadenschaltung Elektronenröhren Vakuum-Dioden Triode Zusammenfassung Übungsaufgaben Elektromagnetische Schwingungen und die Entstehung elektromagnetischer Wellen 6.1 Der elektromagnetische Schwingkreis Gedämpfte elektromagnetische Schwingungen Erzwungene Schwingungen Gekoppelte Schwingkreise Erzeugung ungedämpfter Schwingungen Offene Schwingkreise; Hertzscher Dipol Experimentelle Realisierung eines Senders Das elektromagnetische Feld des schwingenden Dipols Die Abstrahlung des schwingenden Dipols

5 6.5.1 Die abgestrahlte Leistung Strahlungsdämpfung Frequenzspektrum der abgestrahlten Leistung Die Abstrahlung einer beschleunigten Ladung Zusammenfassung Übungsaufgaben Elektromagnetische Wellen im Vakuum 7.1 Die Wellengleichung EbeneelektrischeWellen Periodische Wellen Polarisation elektromagnetischer Wellen Linear polarisierte Wellen Zirkular polarisierte Wellen Elliptisch polarisierte Wellen Unpolarisierte Wellen Das Magnetfeld elektromagnetischer Wellen Energie- und Impulstransport durch elektromagnetische Wellen Messung der Lichtgeschwindigkeit Die astronomische Methode von Ole Rømer Die Zahnradmethode von Fizeau Phasenmethode Bestimmung von c aus der Messung von Frequenz undwellenlänge Stehende elektromagnetische Wellen Eindimensionale stehende Wellen Dreidimensionale stehende Wellen; Hohlraumresonatoren WelleninWellenleiternundKabeln Wellen zwischen zwei planparallelen leitenden Platten Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt Drahtwellen; Lecherleitung; Koaxialkabel Beispiele für Wellenleiter Das elektromagnetischefrequenzspektrum Zusammenfassung Übungsaufgaben Elektromagnetische Wellen in Materie 8.1 Brechungsindex Makroskopische Beschreibung Mikroskopisches Modell Absorption und Dispersion Wellengleichung für elektromagnetische Wellen in Materie Wellen in nichtleitenden Medien WelleninleitendenMedien Die elektromagnetische Energie von Wellen in Medien Wellen an Grenzflächen zwischen zwei Medien

6 8.4.1 Randbedingungen für elektrische und magnetische Feldstärke Reflexions- und Brechungsgesetz Amplitude und Polarisation von reflektierten undgebrochenenwellen Reflexions- und Transmissionsvermögen einergrenzfläche Brewsterwinkel Totalreflexion Änderung der Polarisation bei schrägem Lichteinfall Phasenänderung bei der Reflexion Reflexion an Metalloberflächen Lichtausbreitung in nichtisotropen Medien; Doppelbrechung Ausbreitung von Lichtwellen in anisotropen Medien Brechungsindex-Ellipsoid Doppelbrechung Erzeugung und Anwendung von polarisiertem Licht Erzeugung von linear polarisiertem Licht durch Reflexion Erzeugung von linear polarisiertem Licht beim Durchgang durch dichroitische Kristalle Doppelbrechende Polarisatoren Polarisationsdreher Optische Aktivität Spannungsdoppelbrechung Nichtlineare Optik Optische Frequenzverdopplung Phasenanpassung Optische Frequenzmischung Zusammenfassung Übungsaufgaben Geometrische Optik 9.1 Grundaxiome der geometrischen Optik Die optische Abbildung Hohlspiegel Prismen Linsen Brechung an einer gekrümmten Fläche Dünne Linsen Dicke Linsen Linsensysteme Zoom-Linsensysteme Linsenfehler Die aplanatische Abbildung

7 9.5.8 Asphärische Linsen Matrixmethoden der geometrischen Optik Die Translationsmatrix Die Brechungsmatrix Die Reflexionsmatrix Transformationsmatrix einer Linse Abbildungsmatrix Matrizen von Linsensystemen Jones-Vektoren Geometrische Optik der Erdatmosphäre Ablenkung von Lichtstrahlen in der Atmosphäre Scheinbare Größe des aufgehenden Mondes FataMorgana Regenbogen Zusammenfassung Übungsaufgaben Interferenz, Beugung und Streuung 10.1 Zeitliche und räumliche Kohärenz Erzeugung und Überlagerung kohärenter Wellen Experimentelle Realisierung der Zweistrahl-Interferenz FresnelscherSpiegelversuch Youngscher Doppelspaltversuch Interferenz an einer planparallelen Platte Michelson-Interferometer Das Michelson-Morley-Experiment Sagnac-Interferometer Mach-Zehnder Interferometer Vielstrahl-Interferenz Fabry-Pérot-Interferometer DielektrischeSpiegel Antireflexschicht Anwendungen der Interferometrie Beugung Beugung als Interferenzphänomen Beugung am Spalt Beugungsgitter Fraunhofer- und Fresnel-Beugung Fresnelsche Zonen Fresnelsche Zonenplatte Allgemeine Behandlung der Beugung Das Beugungsintegral Fresnel- und Fraunhofer-Beugung an einem Spalt Fresnel-Beugung an einer Kante Fresnel-Beugung an einer kreisförmigen Öffnung Babinetsches Theorem Fourierdarstellung der Beugung

8 Fourier-Transformation Anwendung auf Beugungsprobleme Lichtstreuung Kohärente und inkohärente Streuung Streuquerschnitte Streuung an Mikropartikeln; Mie-Streuung Atmosphären-Optik Lichtstreuung in unserer Atmosphäre Halo-Erscheinungen AureoleumdenMond Zusammenfassung Übungsaufgaben Optische Instrumente 11.1 Das Auge Aufbau des Auges Kurz- und Weitsichtigkeit Räumliche Auflösung und Empfindlichkeit des Auges Vergrößernde optische Instrumente Die Lupe DasMikroskop DasFernrohr Die Rolle der Beugung bei optischen Instrumenten Auflösungsvermögen des Fernrohrs Auflösungsvermögen des Auges Auflösungsvermögen des Mikroskops Abbesche Theorie der Abbildung Die Lichtstärke optischer Instrumente Spektrographen und Monochromatoren Prismenspektrographen Gittermonochromator Das spektrale Auflösungsvermögen vonspektrographen Ein allgemeiner Ausdruck für das spektrale Auflösungsvermögen Zusammenfassung Übungsaufgaben Neue Techniken in der Optik 12.1 Konfokale Mikroskopie Optische Nahfeldmikroskopie Aktive und adaptive Optik Aktive Optik Adaptive Optik Interferometrie in der Astronomie Holographie Aufnahme eines Hologramms

9 Die Rekonstruktion des Wellenfeldes Weißlichtholographie Holographische Interferometrie Anwendungen der Holographie Fourieroptik Die Linse als Fouriertransformator Optische Filterung Optische Mustererkennung Mikrooptik Diffraktive Optik Fresnel-Linse und Linsenarrays Herstellung diffraktiver Optik Refraktive Mikrooptik Optische Wellenleiter und integrierte Optik Lichtausbreitung in optischen Wellenleitern Lichtmodulation Kopplung zwischen benachbarten Wellenleitern Integrierte optische Elemente Optische Lichtleitfasern Lichtausbreitung in optischen Lichtleiterfasern Absorption in optischen Fasern Pulsausbreitung in Fasern Nichtlineare Pulsausbreitung; Solitonen Optische Nachrichtenübertragung Zusammenfassung Übungsaufgaben Lösungen der Übungsaufgaben Farbtafeln Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis