Einleitung. Grundlagenexperimente. Coulombsches Gesetz p. 1 Erste Experimente p. 1 Das Coulombsche Gesetz p. 4 Elektrostatik in Abwesenheit von Materie p. 10 Das elektrostatische Feld einer Punktladung p. 10 Das Feld einer beliebigen Ladungsverteilung. Ladungsdichte p. 11 *mikroskopische und gemittelte Ladungsdichte und Feldstärke p. 15 Elektrischer Fluß p. 17 Quellen elektrostatischer Felder p. 20 Wirbelfreiheit des elektrostatischen Feldes. Feldgleichungen p. 22 Das elektrostatische Potential. Spannung p. 22 Graphische Veranschaulichung elektrostatischer Felder p. 25 Poisson-Gleichung. Laplace-Gleichung p. 27 Elektrischer Dipol p. 29 *grenzfall verschwindenden Ladungsabstandes. Ladungsdichte des Dipols p. 32 Potentielle Energie eines Dipols im elektrostatischen Feld. Kraft und Drehmoment auf einen Dipol p. 38 Systeme mehrerer Punktladungen p. 40 Aufgaben p. 44 Elektrostatik in Anwesenheit von Leitern p. 48 Influenz auf großen, ebenen Platten p. 49 Plattenkondensator. Kapazität p. 51 Kapazität p. 51 Parallel- und Reihenschaltungen von Kondensatoren p. 53 Kraft zwischen den Kondensatorplatten p. 54 Energiespeicherung im Plattenkondensator p. 56 Influenz einer Punktladung auf eine große, ebene Metallplatte. Spiegelladung p. 56 Influenz eines homogenen Feldes auf eine Metallkugel. Induziertes Dipolmoment p. 59 Flächenladungen als Ursache für Unstetigkeiten der Feldstärke p. 63 Anwendungen homogener elektrischer Felder p. 65 Messung der Elementarladung im Millikan-Versuch p. 65 Beschleunigung von geladenen Teilchen p. 67 Ablenkung geladener Teilchen. Elektronenstrahloszillograph p. 68 Aufgaben p. 72 Elektrostatik in Materie p. 75 Einfachste Grundzüge der Struktur der Materie p. 75 Materie im homogenen elektrostatischen Feld. Permittivitätszahl. Elektrische Suszeptibilität. Elektrische Polarisation p. 77 Das Feld der elektrischen Flußdichte. Feldgleichungen in Materie p. 81 Energiedichte des elektrostatischen Feldes p. 83 Energiedichte eines Feldes im Vakuum. Selbstenergie p. 83 Energiedichte eines Feldes bei Anwesenheit von Materie p. 86
Unstetigkeiten der elektrischen Flußdichte. Brechungsgesetz für Feldlinien p. 90 *mikroskopische Begründung der Feldgleichungen des elektrostatischen Feldes in Materie p. 92 Mikroskopische und gemittelte Ladungsverteilungen. Feldgleichungen p. 92 Raum- und Oberflächenladungsdichten durch Polarisation p. 97 Ursachen der Polarisation p. 99 Elektronische Polarisation p. 99 *clausius-mossottische Formel p. 101 Orientierungspolarisation p. 104 Verschiedene dielektrische Erscheinungen p. 105 Aufgaben p. 107 Elektrischer Strom als Ladungstransport p. 111 Elektrischer Strom. Stromdichte p. 111 Kontinuitätsgleichung p. 113 *mikroskopische Formulierung der Stromdichte p. 115 Strom in Substanzen höherer Dichte. Ohmsches Gesetz p. 118 Einfaches Modell des Ladungstransports. Leitfähigkeit p. 118 Strom in ausgedehnten Leitern. Widerstand. Ohmsches Gesetz p. 121 Leistung des elektrischen Feldes. Joulesche Verluste p. 123 Stromkreis. Technische Stromrichtung p. 126 Netzwerke p. 129 Kirchhoffsche Regeln. Reihen- und Parallelschaltung ohmscher Widerstände p. 129 Messung von Strom bzw. Spannung mit einem Meßgerät p. 132 Ionenleitung in Flüssigkeiten. Elektrolyse p. 134 Elektronenleitung in Metallen. Darstellung von Strom-Spannungs-Kennlinien auf dem Oszillographen p. 136 Ionen-und Elektronenleitung in ionisierten Gasen p. 140 Aufgaben p. 141 *grundlagen des Ladungstransports in Festkörpern. Bändermodell p. 145 Vielteilchensystem am absoluten Temperaturnullpunkt. Fermi-Grenzenergie p. 145 Vielteilchensystem bei höheren Temperaturen p. 151 Fermi-Dirac-Funktion p. 152 Fermi-Dirac-Verteilung p. 155 Das Bändermodell der Kristalle p. 158 Kristalle am absoluten Temperaturnullpunkt: Leiter und Nichtleiter p. 160 Kristalle bei höherer Temperatur: Leiter, Halbleiter und Nichtleiter p. 162 Metalle p. 163 Halbleiter und Isolatoren p. 164 Dotierte Halbleiter p. 169 Aufgaben p. 171 Ladungstransport durch Grenzflächen. Schaltelemente p. 172 Grenzfläche Metall-Vakuum p. 172
Experiment zur thermischen Elektronenemission p. 173 Potentialverlauf an der Grenzfläche Metall-Vakuum. Bildpotential. Austrittsarbeit p. 173 Stromdichte des thermischen Emissionsstromes. Richardson-Gleichung p. 176 *emissionsstrom bei äußerem Feld p. 179 Schottky-Effekt p. 179 Feldemission p. 182 Vakuumdiode p. 183 Kennlinie der Vakuumdiode p. 183 Schaltung der Vakuumdiode als Gleichrichter p. 184 *deutung der Diodenkennlinie p. 185 Triode p. 187 Kennlinienfeld der Triode p. 188 Triode als Verstärker p. 189 Die Grenzfläche zwischen verschiedenen Metallen. Kontaktspannung p. 190 Einfachste Überlegungen und Experimente zur Halbleiterdiode p. 192 *bandstruktur im Halbleiter mit räumlich veränderlicher Dotation p. 194 *die Grenzfläche zwischen einem p- und einem n-dotierten Halbleiter. pn-übergang. Schottky-Randschicht p. 196 *halbleiterdiode p. 199 Halbleiterdiode in einem Stromkreis ohne äußere Stromquelle p. 200 Belastete Halbleiterdiode p. 202 Bipolare Transistoren p. 204 Kennlinienfeld des pnp-transistors p. 205 Transistor als Verstärker p. 207 *schematische Berechnung der Transistorkennlinien p. 207 Feldeffekt-Transistoren p. 212 Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren p. 212 Metall-Oxid-Silizium-Feldeffekt-Transistoren p. 214 Aufgaben p. 216 Das magnetische Flußdichtefeld des stationären Stromes. Lorentz-Kraft p. 217 Grundlegende Experimente p. 217 Das Feld der magnetischen Flußdichte p. 218 Messung der magnetischen Flußdichte. Hall-Effekt p. 224 Felder verschiedener stromdurchflossener Anordnungen p. 227 Langer, gestreckter Draht p. 227 Kreisschleife p. 228 Helmholtz-Spule p. 229 Ablenkung geladener Teilchen im B-Feld. Messung des Ladungs-Masse-Quotienten des Elektrons p. 230 Bahnen in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern. Wien-Filter p. 234 Die Feldgleichungen des stationären Magnetfeldes p. 237
Das Vektorpotential p. 240 Magnetisches Dipolfeld p. 241 Feld einer langen Spule p. 246 Lorentz-Kraft und elektrischer Antrieb p. 247 Stromdurchflossene, drehbare Drahtschleife im B-Feld p. 247 Schema des Gleichstrommotors p. 251 Lorentz-Kraft und Stromerzeugung p. 252 Einführung einer Drahtschleife in ein homogenes B-Feld p. 252 Rotierende Drahtschleife im homogenen B-Feld p. 257 Faradaysches Induktionsgesetz p. 262 *magnetisierbarkeit einer leitenden Kugelschale p. 263 Aufgaben p. 266 Magnetische Erscheinungen in Materie p. 269 Materie im magnetischen Flußdichtefeld. Permeabilität p. 269 Experimente zum Ferromagnetismus. Hysterese. Elektromagnet p. 269 Experimente zum Dia-und Paramagnetismus p. 272 Magnetisierung. Magnetische Suszeptibilität p. 273 Die magnetische Feldstärke. Feldgleichungen in Materie p. 276 Unstetigkeiten der magnetischen Feldgrößen B und H p. 278 Kraftdichte und Energiedichte des magnetischen Feldes p. 279 Kraftdichte auf eine Stromverteilung. Energie eines Dipols im magnetischen Flußdichtefeld p. 279 Magnetische Energiedichte p. 282 *mikroskopische Begründung der Feldgleichungen des stationären Magnetfeldes p. 285 in Materie Mikroskopische und makroskopische Stromverteilungen. Feldgleichungen p. 285 Durch Magnetisierung erzeugte Stromdichte p. 287 Ursachen der Magnetisierung p. 288 *diamagnetismus freier Atome p. 288 *paramagnetismus freier Atome p. 290 *para-und Diamagnetismus freier Elektronen p. 294 *ferromagnetismus p. 296 Permanentmagnete. Drehspulinstrument p. 300 Vergleich elektrischer und magnetischer Feldgrößen in Materie p. 302 Aufgaben p. 306 Quasistationäre Vorgänge. Wechselstrom p. 307 Übergang von zeitunabhängigen zu quasistationären Feldern p. 307 Gegeninduktion und Selbstinduktion p. 308 Magnetische Energie eines Leiterkreises p. 312 Ein- und Ausschaltvorgänge p. 314 Reihenschaltung aus Widerstand und Induktivität p. 314 Energieinhalt einer stromdurchflossenen Spule p. 317
Reihenschaltung aus Widerstand und Kapazität p. 317 Energieinhalt eines aufgeladenen Kondensators p. 320 Experimente zu RL- und RC-Kreisen p. 320 Einstellbare Zeitverzögerung zwischen zwei Spannungsimpulsen. Univibrator p. 321 Erzeugung von Rechteckspannungen. Multivibrator p. 323 Transformator p. 324 Wirbelströme p. 326 Lenzsche Regel p. 327 Der Schwingkreis p. 330 Gedämpfte Schwingungen p. 331 Analogien zwischen elektrischen und mechanischen Schwingungen p. 334 Erzeugung ungedämpfter elektrischer Schwingungen p. 335 Wechselstrom p. 336 Komplexe Schreibweise für Spannung, Stromstärke und Widerstand p. 336 Leistung im Wechselstromkreis p. 338 Wechselstromkreis mit ohmschem Widerstand oder Induktivität oder Kapazität p. 339 Kirchhoffsche Regeln für Wechselstromkreise p. 341 Resonanz p. 346 Leistungsaufnahme des Serienresonanzkreises. Resonanz p. 346 Resonanzbreite p. 349 Analogien zur Mechanik. Einschwingvorgänge p. 350 Momentane Leistung im Serienresonanzkreis p. 351 Aufgaben p. 352 Die Maxwellschen Gleichungen p. 356 Maxwellsche Gleichungen in Abwesenheit von Materie p. 357 Differentielle Form der Maxwellschen Gleichungen p. 357 Integralform der Maxwellschen Gleichungen p. 362 Die Potentiale des elektromagnetischen Feldes. Eichtransformationen. D'Alembertsche Gleichungen p. 365 Vektorpotential und skalares Potential p. 365 Eichtransformationen p. 367 D'Alembertsche Gleichung. Lorentz-Eichung. Coulomb-Eichung p. 369 Die quasistationären Vorgänge als Näherung der Maxwell-Gleichungen p. 371 Maxwellsche Gleichungen in Anwesenheit von Materie p. 372 Zeitabhängige Polarisation und Magnetisierung. Polarisationsstrom p. 372 *mikroskopische Begründung der Feldgleichungen in Materie. Magnetoelektrischer Effekt p. 375 Nachwirkungseffekte p. 382 Analogien zwischen elektrischen und magnetischen Feldgrößen p. 383 Energieerhaltungssatz. Poynting-Vektor p. 385 Impulserhaltungssatz. MaxwellscherSpannungstensor p. 391 Aufgaben p. 396
Elektromagnetische Wellen p. 399 Ebene Wellen als Lösungen der Maxwell-Gleichungen im Vakuum p. 400 Erzeugung und Nachweis elektromagnetischer Wellen p. 407 Überlagerung von Wellen. Superpositionsprinzip p. 411 Lineare, zirkulare und elliptische Polarisation p. 411 Stehende Wellen p. 415 Interferenz ebener Wellen p. 416 Lösungen der inhomogenen d'alembert-gleichung p. 421 Die Green-Funktion der d'alembert-gleichung p. 421 Erzeugung elektromagnetischer Wellen p. 424 Abstrahlung eines schwingenden elektrischen Dipols p. 424 Abstrahlung eines schwingenden magnetischen Dipols p. 435 Strahlung eines bewegten geladenen Teilchens p. 438 Liénard-Wiechert-Potentiale. Elektromagnetische Felder p. 438 Diskussion der Felder. Abstrahlung p. 440 Aufgaben p. 446 Relativistische Elektrodynamik p. 449 Einsteins Spezielle Relativitätstheorie p. 449 Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit vom Bezugssystem p. 449 Lorentz-Transformation p. 449 Vierdimensionaler Vektorraum. Minkowski-Geometrie p. 454 Relativistische Mechanik eines Massenpunktes p. 458 Die magnetische Induktion als relativistischer Effekt p. 463 Lorentz-Transformation der Geschwindigkeit p. 465 Lorentz-Transformation der Coulomb-Kraft p. 466 Zerlegung der transformierten Newton-Kraft in Coulomb- und Lorentz-Kraft p. 468 Explizite Darstellung der transformierten Feldstärken p. 470 Vergleich mit Ergebnissen aus dem Experiment p. 472 Ladungserhaltung p. 476 Die Differentialgleichungen des E- und des B-Feldes im bewegten System p. 477 Rotation des elektrischen Feldes p. 479 Divergenz des elektrischen Feldes p. 480 Rotation des Feldes der magnetischen Induktion p. 481 Divergenz des Feldes der magnetischen Induktion p. 483 Das elektromagnetische Feld in relativistischer Formulierung p. 483 Das Feld als antisymmetrischer Tensor p. 483 Retardierte elektromagnetische Feldstärke p. 485 Feldstärketensor und Minkowski-Kraft p. 486 Die Lorentz-Transformation des elektromagnetischen Feldstärketensors p. 488 Gekreuzte elektrische und magnetische Felder p. 490 Teilchenbahnen in gekreuzten Feldern p. 494
Das Viererpotential des elektromagnetischen Feldes p. 503 Das Viererpotential des retardierten elektromagnetischen Feldes p. 504 Relativistische Feldgleichungen p. 504 Herleitung der Feldgleichungen durch Lorentz-Transformation aus den Gleichungen der Elektrostatik p. 504 Lorentz-Transformation der Ladungs- und Stromdichte p. 505 Kovariante Form der inhomogenen Maxwell-Gleichungen p. 507 Kovariante Form der homogenen Maxwell-Gleichungen p. 508 Relativistisches Vektorpotential p. 511 Erhaltungssätze. Energie-Impuls-Tensor p. 513 Kraftdichte des elektromagnetischen Feldes p. 513 Energie-Impuls-Tensor. Maxwellscher Spannungstensor p. 514 Energie-Impuls-Erhaltungssatz p. 517 Zusammenfassung der relativistischen Elektrodynamik p. 519 Klassifikation physikalischer Größen und Gesetze unter Lorentz-Transformationen p. 521 Vorbemerkungen: Rotationen im Dreidimensionalen p. 521 Klassifikation physikalischer Größen p. 525 Klassifikation physikalischer Gesetze p. 525 Lorentz-Kovarianz der Gesetze p. 527 Beispiel: Relativistische Elektrodynamik p. 528 Aufgaben p. 530 Formeln zur Vektoralgebra p. 532 Vektoren p. 532 Tensoren p. 537 Formeln zur Vektoranalysis p. 542 Differentiation eines Vektors nach einem Parameter p. 542 Koordinatensysteme p. 543 Skalarfeld p. 546 Vektorfeld p. 548 Partielle Ableitung. Richtungsableitung. Gradient p. 550 Divergenz p. 555 Rotation p. 557 Laplace-Operator p. 559 Rechenregeln für den Nabla-Operator p. 561 Linienintegral p. 561 Oberflächenintegral p. 562 Volumenintegral p. 566 Integralsatz von Stokes p. 568 Wegunabhängiges Linienintegral p. 570 Integralsatz von Gauß p. 571 Greensche Sätze p. 573 Eindeutige Bestimmung eines Vektorfeldes durch Divergenz und Rotation p. 574
Aufgaben p. 575 Vierervektoren und Vierertensoren p. 577 Minkowski-Raum. Vierervektoren p. 577 Vierertensoren p. 579 Lorentz-Transformationen p. 582 Nabla-Operator im Minkowski-Raum p. 584 Wahrscheinlichkeiten und Wahrscheinlichkeitsdichten p. 587 Wahrscheinlichkeiten p. 587 Wahrscheinlichkeitsdichten p. 589 Maxwell-Boltzmann-Verteilung p. 593 Distributionen p. 597 Anschauliche Vorbereitung p. 597 Diracsche Deltadistribution p. 597 Diracsche Deltadistribution als Ableitung der Stufenfunktion p. 601 Mathematische Definition der Distributionen p. 602 Testfunktionen p. 602 Temperierte Distributionen p. 603 Anwendungen p. 605 Aufgaben p. 611 Räumliche Mittelungen physikalischer Größen p. 612 Fermi-Dirac-Funktion p. 618 Herleitung p. 618 Näherungen p. 621 Die wichtigsten SI-Einheiten der Elektrodynamik p. 623 Physikalische Konstanten p. 624 Schaltsymbole p. 625 Hinweise und Lösungen zu den Aufgaben p. 627 Sachverzeichnis p. 663 Table of Contents provided by Blackwell's Book Services and R.R. Bowker. Used with permission.