Elektrische und magnetische Felder

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1 Elektrische und magnetische Felder Von Dr.-Ing. Heinrich Frohne Professor an der Universität Hannover Mit 247 Bildern, 5 Tafeln und 140 Beispielen B.G. Teubner Stuttgart 1994

2 Inhalt s Verzeichnis 1 Wesen und Beschreibung elektrischer Vorgänge 1 2 Elektrische Ladung Definition und Erklärung der elektrischen Ladung Räumliche Ladungsverteilung Reale Ladungsverteilung und deren Beschreibung Raumladungsdichte Elektrische Wirkung der Ladungsverteilung Ladung als abstrakter Raumzustand Zeitabhängigkeit der Raumladungsdichte Idealisierte Ladungsverteilungen Flächenladungsdichte Linienladungsdichte Punktladung Grundgesetze über die räumliche Ladungsverteilung Ladungserhaltungssatz Kontinuitätsgleichung 33 3 Elektrostatisches Feld Elektrostatisches Feld im leeren Raum Wesen und Definition des elektrischen Feldes Coulombsches Gesetz und Überlagerungsprinzip Feldtheorie Vektorielle Feldgrößen Elektrische Feldstärke Elektrische Flußdichte Berechnung der elektrischen Feldstärke bei ortsfest gegebener Ladung (Coulombintegral) Elektrischer Dipol 62

3 X Inhaltsverzeichnis Integrale Größen im elektrischen Feld Elektrische Spannung und elektrisches Potential Umlaufspannung im elektrischen Potentialfeld Bestimmung der elektrischen Feldstärke aus dem Potential Berechnung elektrischer Potentialfelder bei raumfest gegebener Ladungsverteilung Elektrischer Fluß Gaußscher Satz Zusammenhang zwischen den integralen Größen Elektrostatisches Feld in Materie Elektrische Leiter im elektrostatischen Feld Elektrostatisches Feld in nichtleitender Materie Modellvorstellung eines materieeigenen inneren Feldes Elektrische Polarisation und Permittivität Elektrische Feldgrößen an Grenzflächen Bestimmung elektrostatischer Felder Analytische Verfahren zur Berechnung elektrostatischer Felder Berechnung elektrostatischer Felder mit dem Coulombintegral Berechnung elektrostatischer Felder mit dem Gaußschen Satz Berechnung elektrostatischer Felder durch Zurückführen auf bekannte Feldformen, elektrische Spiegelung Graphische Verfahren zur Bestimmung elektrostatischer Felder Praktische Anwendungen der Berechnung elektrostatischer Felder Elektrische Beanspruchung in Isolierstoffen Berechnung von Kapazitäten Energie des elektrostatischen Feldes Kraftwirkungen im elektrostatischen Feld Kraft auf elektrische Ladungen Kraftwirkung auf Punktladungen Kraftwirkung auf räumlich ausgedehnte Ladungen Kraftberechnung über den Energieerhaltungssatz Kraft auf Grenzflächen im elektrischen Feld Allgemeine Kraftgleichung Elektrisches Strömungsfeld Modellvorstellung und Definition der elektrischen Ladungsströmung Vektorielle Feldgrößen des Strömungsfeldes Vektorielle Feldgrößen in passiven Leitungsgebieten Vektorielle Feldgrößen in aktiven Leitungsgebieten Integrale Größen des Strömungsfeldes 205

4 Inhaltsverzeichnis XI Elektrischer Strom Elektrische Spannung, Widerstand und Ohmsches Gesetz Elektrische Spannung in passiven Leitungsgebieten Elektrischer Widerstand passiver Leitungsgebiete Ohmsches Gesetz Elektrische Spannung in aktiven Leitungsgebieten Innerer Widerstand von Spannungsquellen Zählpfeilsysteme bei der Zweipoldarstellung von Strömungsgebieten Leistung im Strömungsfeld Grundgesetze des Strömungsfeldes Stationäre elektrische Strömungsfelder Quellenfreiheit der Stromdichte Wirbelfreiheit der elektrischen Feldstärke Feldgrößen an Grenzflächen Bestimmung stationärer elektrischer Strömungsfelder Instationäre elektrische Strömungsfelder Wirbelfeld des instationären Strömungsfeldes Quellen im instationären Strömungsfeld Zeitfunktionen der Grenzflächenladung und der Spannungsverteilung im instationären Strömungsfeld Elektromagnetisches Feld Wesen und formale Beschreibung elektromagnetischer Vorgänge Vektorielle Feldgrößen Magnetische Flußdichte Magnetische Erregung Berechnung der magnetischen Erregung im unendlich ausgedehnten leeren Raum Biot-Savartsches Gesetz Bestimmung der magnetischen Erregung über den Raumwinkel Integrale Größen des magnetischen Feldes Magnetischer Fluß und Spulenfluß Magnetische Spannung, Durchflutungssatz Magnetische Spannung Skalares magnetisches Potential Durchflutungssatz Durchflutungssatz unter Berücksichtigung der zeitveränderlichen elektrischen Flußdichte 315

5 XII Inhaltsverzeichnis Zusammenhang zwischen den integralen Feldgrößen Magnetischer Widerstand und magnetische Ersatzschaltbilder Induktivität Magnetisches Feld in Materie Zusammenhang zwischen magnetischer Flußdichte und magnetischer Erregung Magnetische Polarisation, Magnetisierung, Permeabilität Charakteristisches Magnetisierungsverhalten der Materie Magnetische Feldgrößen an Grenzflächen Magnetisches Feld in ferromagnetischer Materie Hystereseschleife Magnetisierungskurve (Kommutierungskurve) Verlustleistung im magnetischen Wechselfeld Berechnung des magnetischen Feldes im Eisenkreis Magnetische Streuung und Randverzerrung Ermittlung der Durchflutung Dauermagnete Kennlinie und Arbeitspunkt bei Dauermagneten Berechnung magnetischer Kreise mit Dauermagneten Wirkungen des magnetischen Feldes Spannungserzeugung im magnetischen Feld Spannungen bewegter Leiter im zeitkonstanten Feld Spannungsinduktion bei ruhendem Leiter im zeitveränderlichen Magnetfeld Allgemeines Induktionsgesetz für ruhende Schleifen Allgemeines Induktionsgesetz unter Einbeziehung bewegter Leiter Selbst- und Gegeninduktionsspannung Wirbelströme Energie im magnetischen Feld Reversible Energie des Magnetfeldes Irreversible Energieumformung im Magnetfeld, Hystereseverluste Kraftwirkungen im Magnetfeld Kraft auf bewegte Ladungen Kraft auf stromdurchflossene Leiter Magnetischer Dipol Kraft auf Grenzflächen im Magnetfeld Allgemeine Kraftgleichung 462 Anhang 471 Sachverzeichnis 479