Helmholtzsche Elektrodynamik

Transkript

1 Helmholtzsche Elektrodynamik Inhalt: 1. Geschichtliches 2. Wilhelm Eduard Weber 3. Hermann von Helmholtz 4. Vergleich Maxwells und Helmholtzs Theorien 5. Ende des Fernwirkungsprinzipes

2 Zeitleiste André-Maire Ampère Hans Christian Ørsted Michael Faraday Wilhelm Weber James Clerk Maxwell Herrman von Helmholtz Heinrich Hertz J. J.Thomson Hendrik Lorentz

3 Geschichtliche Hintergrund 1814/1815 Wiener Kongress nach Napoleons Niederlage => Deutscher Bund 1849 Märzrevolution, Paulskirchenverfassung, konstitutionelle Monarchie 1870/1871 Deutsch-Französische Krieg, Deutsches Kaiserreich unter Wilhelm 1.

4 Wilhelm Eduard Weber 1804 Geboren in Wittenberg und ab 1849 Professor für Physik an der Universität Göttingen 1833 erster elektromagnetischer Telegraf 1846 Grundgesetz der Elektrodynamik 1891 Gestorben in Göttingen

5 Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz

6 Geboren am 31. August 1821 in Potsdam 1838 Medizin Studium am Friedrich Wilhelm Institut in Berlin 1849 Professor für Physiologie und Pathologie in Königsberg 1855 Lehrstuhl füranatomie und Physiologie in Bonn 1858 Lehrstuhl für Physiologie in Heidelberg 1871 Professor für Physik in Berlin 1888 Erster Präsident der physikalisch-technischen Reichsanstalt in Berlin

7 Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz Universalgenie Reichskanzler der Physik Erhaltung der Energie Freie Energie Resonanztheorie des Hörens Dreifarbentheorie Wissenschaftliche Meteorologie Prinzip der kleinsten Wirkung

8 Grundvorstellungen Dekompositionsprinzip: alle natürlichen Wechselwirkungen lassen sich auf ein Zentralkraft zwischen zwei Massepunkten (Volumenelementen) zurückführen.* <=> Es gilt Energieerhaltung *es besagt nicht wie es gemacht wird, noch dass es gemacht werden muss, deswegen löst er sich später von dem Prinzip

9 Wilhelm Eduard Weber 1846 K = e e' r c 2 dr dt 2 2r c 2 d2 r dt 2 Bewegungsgleichung für mechanistische Teilchen Wechselwirkung zwischen Fluiden Energieerhaltung? c ist Webersche Konstante (= c) Beschreibt gesamte bis dato bekannte Elektrodynamik

10 Elektrophysiologe Hat die Gesetze von Ohm, Kirchhoff, Faraday benutzt Benutzte modernste Messinstrumente wie Wheatstone Brücke oder ballistische Galvanometer Seine Experimente basierten oft auf offenen Stromkreisen, für die keine Theorie existierte Nachteil: Hatte es am Anfang schwer als Fachfremder im Bereich der theoretischen Physik Anerkennung zu finden

11 Erhaltung der Kraft 1847 Aus der Physiologie: Wärmeentwicklung in der Muskulatur Gegen unerschöpfliche Lebenskraft (Vitalismus) In geschlossenem System bleibt der Skalar Energie erhalten, kann aber von einer in eine andere Form umgewandelt werden.

12 Hydrodynamische Gleichungen für Wirbelbewegungen 1856 Ideale Flüssigkeit, Ansatz von Euler (Keine Viskosität, perfektes Kontinuum) Erhaltung der Wirbelbewegung mathematisch hergeleitet (Rotation des Geschwindigkeitsvektors) Ersten numerischen Wettermodelle

13 Hydrodynamische Gleichungen für Wirbelbewegungen 1856 Analoges Ergebnis für den magnetischen Effekt von Stromdichten (Biot & Savart) Zitat Maxwells zu diesen Ergebnissen: Lines of fluid motion are arranged according to the same laws as the lines of magnetic force.

14 Franz Neumann magnetisches Potential Räumliche Variation liefert Amperes Gesetz Zeitliche Ableitung gibt Induktion Nur für geschlossene Stromkreise

15 Helmholtzsche Elektrodynamik

16 Helmholtzsche Elektrodynamik Vereinigung der Theorien k = 0 => Maxwell k = 1 => Neumann k = -1 => Weber (wurde ausgeschlossen, weil Energieerhaltung nicht erfüllt) Ziel: Bestimmung von k

17 Helmholtzsche Elektrodynamik Problem: Konnte die gleichzeitige Bewegung von Körpern nicht beschreiben, was auch experimentell gefunden wurde z.b. Rotierender Draht unter Magnet

18 Helmholtzsche Elektrodynamik erweiterte Potentialtheorie Annahme: Äther sei hoch Polarisierbar Immer noch Fernwirkungsprinzip => Analoge Wellengleichungen für elektrische und magnetische Polarisierung seperat

19 Helmholtzsche Elektrodynamik erweiterte Potentialtheorie => Seperation in Skalar und Vektorpotential Vorhersage von transversalen und longitudinalen Wellen (für k = 0 verschwinden longitudinale Wellen) Problem: Wenn hoch polarisierbar, dann wirkt dies der Kraft, die polarisiert entgegen.

20 Helmholtzsche Elektrodynamik erweiterte Potentialtheorie Ausschreibung einer Preisaufgabe: Ein schnell variierender Strom in einem Stromkreis mit Kondensator sollte in einem sekundären Stromkreis einen Strom induzieren (Seine Idee: Die Polarisierung des Mediums zwischen den Kondensatorplatten führt zum Übertrag der Energie)

21

22 Ähnliche Ergebnisse bei komplett unterschiedlicher Sichteise (Maxwell) Basis: Auslenkung in einem raumerfüllenden elastischen Äther. Zeitlich veränderliche Auslenkung verantwortlich für Strom Ladung nicht eigenständig sondern Eigenschaft der Auslenkung Auslenkung ist kontinuierlich im Raum

23 Ähnliche Ergebnisse bei komplett unterschiedlicher Sichteise (Helmholtz) Konkrete Bewegung geladener Teilchen Polarisierung über Fernwirkung Anderes Äthermodell Dekompositionsprinzip Energieerhaltung

24 Schlussbemerkung Auf dem Feld der Elektrodynamik keine direkte Hinterlassenschaft ABER: Bindeglied zw. Maxwell und Hertz; Theorie und Experiment Danach sofortige Annerkennung der Überlegenheit der Maxwell-Hertz Theorie

25 Danke für die Aufmerksamkeit