Theoretische Physik. Bd. 3: Klassische Elektrodynamik. von Walter Greiner. überarbeitet

Transkript

1 Theoretische Physik Bd. 3: Klassische Elektrodynamik von Walter Greiner überarbeitet Theoretische Physik Greiner schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Harri Deutsch 2002 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

2 Inhaltsverzeichnis I Elektrostatik Einführung und Grundbegriffe GreenscheTheoreme Mathematische Ergänzung: Orthogonale Funktionen und Multipolentwicklung Mathematische Ergänzung: Elementares über Funktionentheorie II Makroskopische Elektrostatik Herleitung der Feldgleichungen für den materieerfüllten Raum Einfache Dielektrika und die Suszeptibilität ElektrostatischeEnergieundKräfteimDielektrikum III Magnetostatik Grundlagen der Magnetostatik Vektorpotential MagnetischesMoment MagnetischesFeldinMaterie IV Elektrodynamik Faradaysches Induktionsgesetz Maxwellgleichungen QuasistationäreStrömeundStromkreise Elektromagnetische Wellen im Vakuum ElektromagnetischeWelleninMaterie Reflexions- und Brechungsindex HohlleiterundHohlraumresonatoren Lichtwellen Bewegte Ladungen im Vakuum HertzscherDipol Kovariante Formulierung der Elektrodynamik Relativistisch-kovarianterLagrange-Formalismus V Über die Geschichte der Elektrodynamik GeschichtederElektrostatik Erzeugung elektrischer Ströme Magnetostatik GeschichtederOptik Anmerkungen zu Teil V Anhang Einheitensysteme in der Elektrodynamik Sachwortverzeichnis...531

3

4 Aufgaben und Beispiele B 1.1 Plattenkondensator A 1.1 Kugelkondensator A 1.2 Zylinderkondensator A 1.3 Dipolmoment Dipolfeld A 1.4 Allgemeine Integralsätze B 1.2 Wechselwirkungsenergie zweier Punktladungen B 1.3 Energiedichte im Plattenkondensator A 1.5 PotentialeineshomogengeladenenStabes A 1.6 Kapazität eines leitenden Rotationsellipsoids A 1.7 Kapazitäten und Induktionskoeffizienten B 2.1 Geerdete, leitende Kugel im Feld einer Ladung B 2.2 Nicht geerdete, leitende Kugel im Feld einer Ladung B 2.3 Leitende Kugel im Feld einer Ladung auf dem Potential V B 2.4 LeitendeKugelimhomogenenelektrischenFeld B 2.5 InversioneinesPotentialsaneinerKugel A 2.1 Punktladungen vor einer leitenden Ebene B 2.6 Greensche Funktion für eine Kugel Allgemeine Lösung des speziellenpotentialproblems A 2.2 Leitende Halbkugeln auf verschiedenen Potentialen A 2.3 Punktladung zwischen geerdeten, leitenden Ebenen A 2.4 Greensche Funktion der Poisson-Gleichung in verschiedenen Dimensionen A 2.5 Symmetrie der Greenschen Funktion für das Dirichlet-Problem A 2.6 Rechteckige Schachtel mit Neumannschen Randbedingungen A 3.1 Orthonormierung der Polynome x n B 3.1 Multipolentwicklung für die homogen geladene Kugel B 3.2 Deformierte Kugel mit Quadrupolmomenten B 3.3 Multipole aus Punktladungen B 4.1 RechnenmitkomplexenZahlen B 4.2 HolomorpheFunktionen B 4.3 IntegrationinderkomplexenEbene B 4.4 Berechnung eines Residuums dx B 4.5 Berechnung des Integrals 1 + x B 4.6 PotentialeinesgeladenenDrahtes B 4.7 Potential am Rand eines Plattenkondensators B 4.8 PotentialeinesgeladenenDrahtesvoreinerleitendenFläche...112

5 x Aufgaben und Beispiele B 5.1 Mit einem Dielektrikum gefüllter Plattenkondensator B 6.1 Potentialverteilung einer Punktladung vor einer dielektrischen HalbebenemitkonstanterDielektrizitätskonstante B 6.2 PolarisationeinerKugelimhomogenenFeld B 6.3 KugelförmigerHohlraumimDielektrikum B 7.1 Spannungswaage B 7.2 Kraft auf ein Dielektrikum im Plattenkondensator B 7.3 Kraftwirkung bei konstant gehaltenen Potentialen B 7.4 Kraft auf ein Dielektrikum in einem Kondensator bei konstantem Potential A 7.1 Flüssigkeit im Zylinderkondensator A 7.2 Punktladung im homogenen, aber anisotropen Medium B 8.1 MagnetfeldeinesgeradenLeiters B 8.2 KraftzwischenzweiparallelenLeitern A 8.1 Helmholtz-Spulen A 8.2 MagnetfeldeinerlangenSpule A 8.3 MagnetfeldeinerHalbkreisschleife A 8.4 MagnetfeldineinemDrahtmitHohlzylinder A 8.5 TeilchenimMagnetfeld Massenspektrograph B 9.1 MagnetfeldeinesstromdurchflossenenKreisleiters A 9.1 MagnetfeldeinergeladenenrotierendenKugel A 9.2 VektorpotentialparallelerLeiter B 10.1 Veranschaulichung des magnetischen Momentes A 10.1 Magnetisches Moment und Drehimpuls eines geladenen Teilchens. 203 A 10.2 KraftundDrehmomentzwischenzweiKreisleitern A 10.3 KraftundDrehmomenteinesmagnetischenDipols B 11.1 MagnetfeldeinerhomogenmagnetisiertenKugel B 11.2 MagnetisierbareKugelimäußerenFeld A 11.1 EnergieverlustundHysteresis A 11.2 Messung von E, D, B und H A 12.1 Induktion eines Stromes in einer Leiterschleife A 12.2 Spannung in einer Leiterschleife A 12.3 Induktion in einer Spule durch zeitlich veränderliches Magnetfeld B 12.1 ElektromagnetischeGeneratorenundMotoren A 12.4 LinearerMotor A 13.1 OhmschesGesetz A 13.2 Energietransport im Leitungsdraht B 13.1 MagnetischeFeldenergieeinerSpule A 13.3 Kontinuitätsgleichung und Maxwellsche Gleichungen A 13.4 Strahlungsdruck und Kometen B 13.2 Die Frage der magnetischen Monopole A 13.5 DrehimpulserhaltungimelektromagnetischenFeld A 14.1 MagnetfeldenergiestationärerStröme A 14.2 Schwingkreis...261

6 Aufgaben und Beispiele xi A 14.3 Selbstinduktionskoeffizient einer Spule A 14.4 Induktionskoeffizient zweier Schleifen A 14.5 Selbstinduktionskoeffizient eines kreisförmigen Leiters A 14.6 Gegenseitige Induktion zweier konzentrischer Spulen A 14.7 LenzscheRegel B 14.1 DassogenannteVektordiagramm A 14.8 Gekoppelte Schwingkreise B 14.2 Transformator A 15.1 LineareundzirkularePolarisation B 15.1 Über die Lichtgeschwindigkeit (geschichtliche Notiz) A 16.1 Berechnung des Brechungsindex A 16.2 Nichtlokale Verallgemeinerung der Beziehung D( x, t) = ε E( x, t) A 16.3 Wellen entlang einer Doppelleitung A 17.1 Frequenzabhängiger Brechungsindex, Reflexionsvermögen A 17.2 ReflektioneinerWelleaneinerMetalloberfläche B 18.1 Koaxialkabel B 18.2 WellengeschwindigkeitimHohlleiter B 18.3 RechteckigerHohlleiter B 18.4 ZylindrischerHohlraumresonator B 18.5 DerFreie-Elektronen-Laser A 19.1 Fast monochromatische Wellen B 19.1 Kausalität und Dispersionsbeziehungen A 19.2 ZumoptischenTheorem A 19.3 SpindeselektromagnetischenFeldes A 20.1 Zur Kirchhoffschen Integraldarstellung A 20.2 Liénard-Wiechert-Potentiale einer sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden Punktladung A 21.1 Strahlung rotierender Ladungen A 21.2 RutherfordschesAtommodell A 21.3 Abstrahlung eines elektrisch homogen geladenen symmetrischen Kreisels A 21.4 Bewegung einer Punktladung im Feld einer stationären Punktladung 415 A 21.5 ElektronimelektromagnetischenFeld B 21.1 Strahlungsverlust einer harmonisch schwingenden Ladung A 21.6 Natürliche Linienbreite durch Strahlungsverlust A 21.7 Streuung von Licht durch ein polarisierbares Molekül A 21.8 Strahlungscharakteristik einer einfachen Antenne B 22.1 SkalareundVierervektoren A 22.1 Lorentz-Transformation B 22.2 Elektrisches und magnetisches Feld einer relativistisch bewegten Punktladung A 22.2 Relativistischer Dopplereffekt und Aberration B 23.1 Lagrange-Formalismus für ein geladenes Teilchen im Coulombfeld. 448

7 xii Aufgaben und Beispiele B 23.2 Lagrange-Formalismus für ein geladenes Teilchen im äußeren Magnetfeld B 23.3 Lagrange-FormalismusfüreinfreiesTeilchen B 23.4 Lagrange-Formalismus für ein geladenes Teilchen im äußeren elektromagnetischenfeld B 23.5 Lagrange-Gleichung des freien Teilchens B 23.6 Lagrange-Gleichung des geladenen Teilchens im äußeren elektromagnetischenfeld B 23.7 Bewegung einer Ladung im statischen, homogenen magnetischen Feld A 23.1 Bewegung einer Ladung in statischen, homogenen elektrischen und magnetischenfeldern A 23.2 Relativistische Bewegung einer Ladung im statischen, homogenen elektrischenfeld A 23.3 Relativistische Bewegung einer Ladung in parallelen, homogenen elektrischenundmagnetischenfeldern...460

8 Historische Notizen 1 CharlesCoulomb CarlFriedrichGauß SiméonDenisPoisson PierreSimonLaplace PaulAdrienMauriceDirac GeorgeGreen PeterGustavDirichlet CarlGottfriedNeumannn JeanBaptisteJosephFourier ErhardSchmidt Adrien-MarieLegendre Augustin Louis Cauchy PierreLaurent Rudolf Julius Emanuel Clausius GeorgSimonOhm FélixSavart JeanBaptisteBiot HansChristianOerstedt WilhelmEduardWeber FriedrichWilhelmGeorgKohlrausch AndréMarieAmpère HermannLudwigFerdinandvonHelmholtz PierreCurie PierreWeiss MichaelFaraday HeinrichFriedrichEmilLenz JamesClerkMaxwell JohnHenryPoynting NikolaTesla Willebrord Snellius Augustin Jean Fresnel DavidBrewster HendrikAnthonyKramers RalphKronig AlfredMarieLiénard JohannEmilWiechert...394

9 xiv Historische Notizen 37 Gustav Robert Kirchhoff Heinrich Rudolf Hertz John William Strutt Rayleigh