Maxwellsche Gleichungen. James Clerk Maxwell ( )
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- Gerburg Steinmann
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1 Mawellsche Gleichungen James Clek Mawell
2 bisheige Gundgleichungen... Ladungen ezeugen elekische Felde: div s gib keine Ladungen die magneische Felde ezeugen: Söme ezeugen magneische Wibel-Felde: o B μ j Das saische -feld wibelfei abe zeiabhängige B-Felde ezeugen ein elekisches Wibelfeld: o div B ρ B μ Zusäzliche Tem mi enomen Konsequenzen: Mawellsche Veschiebungssom peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
3 Mawellsche Gleichungen 1873 Veknüpfung von elekischen Felden und Ladungsveeilung 1 Das elekische Feld ha die Ladungsdiche als Quelle magneischen Felden und Sömen 4 Quelle de zeilichen Ändeung des elekischen Feldes und de Wibelsäke des magneischen Feldes is die Somdiche j. elekischen und magneischen Felden 3 Quelle de zeilichen Ändeung des Magnefeldes is die Wibelsäke des elekischen Feldes Quellfeihei von magneischen Felden Das Magnefeld ha keine Quellen ρ 1 B B 3 4 B μj μ Nabla Opeao z James Clek Mawell peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
4 inodnung de Mawellheoie Ziel modene Phsik: Veeinigung de veschiedenen Theoien Magneismus lekosaik lekomagneismus Mawellheoie schwache WW Femiheoie Gaviaions WW insein-theoie elekoschwache WW Glashow-Salam-Weinbeg sake WW Quanen-Chomo-Dnamik Goße Veeinigung Supegaviaion peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
5 lekomagneische Wellen
6 Mawellsche Gleichungen Annahme: es gib keine feien Söme und keine feien Ladungen beache z.b. Vakuum Fage: können dann ozdem - und B-Felde eisieen? Mawellgleichungen: A B B & 1 & C B D B μ Anwo: ja wenn sie es einmal eisieen können sie sich gegenseiig am Leben ehalen. peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
7 Wellengleichung/Quellen des M Feldes Schi 1 Schi Schi 3 sich ändendes -Feld ezeug B-Feld sich ändendes B-Feld ezeug -Feld ABR: igendwann igendwo müssen zeilich vaiieende Ladungen ode Söme - und B-Feld ezeug haben sich ändendes B-Feld ezeug sich ändendes -Feld das wiedeum sich ändendes B-Feld ezeug... peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
8 Hezsche Dipol [1] B Aufklappen eines Schwingkeises besehend aus Kondensao und Leieschleife Spule beim Schwingkeis is -Feld auf Raum zwischen Kondensaoplaen B-Feld auf Innenaum de Spule beschänk beim lineaen Oszillao d esecken sich - und B-Feld übe den gesamen Raum und sind unennba vebunden dahe : elekomagneisches Feld peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
9 Hezsche Dipol [] Hezsche Oszillao sell ein schwingungsfähiges Ssem fü - und B- Felde da. - und B-Felde können zu Sehwellen angeeg weden. Randbedingung I an den nden leg die Fom de möglichen Sehwellen fes Sehwellen fü I wie bei Sab mi fes eingespannen nden peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
10 Hezsche Dipol [3] peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
11 Hezsche Dipol [4] B λ Fenfeld Nahfeld bis λ im Fenfeld lösen sich - und B-Felde vom Dipol lokal is das Feld eben und B sehen senkech aufeinande und senkech zu Ausbeiungsichung peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
12 Hezsche Dipol [5] Absahlungschaakeisik lokale negiesomdiche eines M-Feldes wid beschieben duch Poningveko: Richung und Beag von im Fenfeld S 1 S H B μ I Poningveko - maimal in bene die Dipol eil und senkech zum Som I seh - veschwinde enlang de Achse des Dipols peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
13 lekomagneisches Spekum Lich peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
14 Lichspekum negie [ev]: Fequenz [Hz]: Wellenlänge [nm]: peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
15 peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin lekomagneische Wellengleichung Wie ehäl man im feien Raum i.e. keine Söme ode Ladungen aus den Mawellgleichungen eine Wellengleichung? B o B o μ B o o o o B μ o o μ
16 peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin lekomagneische Wellengleichung o o μ Kombiniee Gleichungen von vohin Aus de Mahemaik Dami folg die elekomagneische Wellengleichung gad div div gad o o z Δ z μ
17 peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin inneung: Wellengl. d. Mechanik Hamonische Wellen in 3D sind Lösungen de Wellengleichung Ode in Kuzscheibweise Ode noch küze mi dem Lapace-Opeao z c c Δ c z Δ z z
18 peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin Wellengleichungen im Vegleich Wellengleichung de Mechanik skala Wellengleichung de lekodnamik Vegleich zeig fü die Ausbeiungsgeschwindigkei i.e. die Lichgeschwindigkei: Fü jede Komponene z des elekischen Vekofeldes gil eine eigene Wellengleichung. Diese sind abe nich völlig unab-hängig voneinande wg. de beiden andeen Mawellgleichungen! z c 1 z μ 1 μ c 1 μ c
19 Lichgeschwindigkei Sei 1983 is c eine definiee Göße peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
20 peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin Wellengleichung Vegleich mi Mechanik elaub sofo folgende Schlüsse übe igenschafen M-Wellen einfache in 1D: cos k ω ϕ 1. jede Lösung de Wellengleichung läss sich duch Übelageung von ebenen Wellen bescheiben z c und noch einfache in 1D fü nu eine -Feld Komponene: c
21 Wellengleichung k cos ω ϕ. Phasengeschwindigkei Lichgeschwindigkei c 1 μ 3. Wellenlänge äumliche Peiodiziä: λ π k 4. Schwingungsdaue/Fequenz zeiliche Peiodiziä 5. Wellenveko/Wellenzahl Ausbeiungsichung e T k π ω k k 6. M-Wellen können - inefeieen - gebeug weden - gebochen weden peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
22 Wellengleichung/Tansvesalwellen aus Mawellgleichungen: e k - - und B-Feld sehen senkech zu Ausbeiungsichung e sind also k Tansvesalwellen λ z B z - - und B-Feld sehen senkech zueinande und sind popoional zueinande: B c e k - dami gib es ohogonale lineae Polaisaionen hie e und e peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
23 peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin Wellengleichung/negieanspo M-Wellen können auch im Vakuum! negie anspoieen. Dies wid beschieben duch den Poningveko mahemaische eine negiesomdiche de die Inensiä angib: Die lokale negiediche des M Feldes wid konsisen dami beschieben duch: k k e c c e c B S 1 1 μ 1 1 B dv dw μ bene Welle bene Welle
24 Wellengleichung/Impulsübeagung S 1/ μ c B S 1/ μ B bene Welle peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
25 Wellengleichung/Impulsübeagung Cooke's Radiomee peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
26 Wellengleichung/Impulsübeagung Nichols Radiomee peimenalphsik fü Biologen und Chemike O. Benson & A. Pees Humbold-Univesiä zu Belin
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