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II P H Y S I K

E L E K T R OD Y N A M I K

F. HERRMANNSKRIPTEN ZUR EXPERIMENTALPHYSIK ABTEILUNG FU"R DIDAKTIK DER PHYSIKUNIVERSITA"T KARLSRUHE AUFLAGE 1997%%[ Page: 1 ]%%


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Hergestellt mit RagTime Druck: Universita"tsdruckerei Karlsruhe Vertrieb: Studentendienst der Universita"t Karlsruhe Ma"rz 1997

Alle Rechte vorbehalten%%[ Page: 2 ]%%


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I n h a l t s v e r z e i c h n i s A. DIE ELEKTRISCHE LADUNG 1. Die elektrische Ladung und ihr Strom 7 1.1 Die Kontinuita"tsgleichung 71.2 Der Fluss eines Vektorfeldes - die Stromdichte 8 1.3 Die Divergenz eines Vektorfeldes - der Gausssche Integralsatz 9 1.4 Die Kontinuita"tsgleichung in differentieller Form 11

2. Elektrischer Strom und Energiestrom 13 2.1 Der Zusammenhang zwischen elektrischer Stromsta"rke und Energiestromsta"rke 132.2 Energiedissipation 15 2.3 Die elektrische Spannung als Antrieb eines elektrischen Stroms 162.4 Kennlinien - das Ohmsche Gesetz 16 2.5 Die Differenz der intensiven Variable als Antrieb des Stroms der extensiven 17

3. Elektrischer Strom und Stoffmengenstrom 19 3.1 Das chemische Potential 193.2 Stoffe und Teilchen 19 3.3 Das elektrochemische Potential 203.4 Die Kontaktspannung 21 3.5 Das Prinzip der galvanischen Zelle 223.6 Brennstoffzelle - Elektrolyse 26 3.7 Die Kopplung zwischen Stro"men - die Onsager-Beziehung 273.8 Die Kopplung zwischen elektrischem Strom und Entropiestrom 29 3.9 Thermoelement und Peltier-Wa"rmepumpe 32

B. DAS ELEKTROMAGNETISCHE FELD 4. Ladung und Polarisation als Quellen des elektrischen Feldes 34 4.1 Der Zusammenhang zwischen elektrischer Feldsta"rke und elektrischer Ladung 344.2 Der Zusammenhang zwischen elektrischem Potential und elektrischer Feldsta"rke 35 4.3 Die Kapazita"t 404.4 Dipol, Dipoldichte und Polarisation 41 4.5 Induzierte Polarisation, Influenz 444.6 Die Kapazita"t eines Kondensators, der mit Materie gefu"llt ist 45 4.7 Piezo- und pyroelektrischer Effekt 464.8 Die Kraft, die eine Kondensatorplatte auf die andere ausu"bt 46 4.9 Die Energie im Feld des Kondensators 47 5. Energiedichte und mechanische Spannung im elektrostatischen Feld 48 5.1 Die Energiedichte 485.2 Die Zugspannung in Richtung der Feldlinien 48 5.3 Die Druckspannung quer zu den Feldlinien 49 6. Die Quellen des magnetischen Feldes 51 6.1 Die magnetische Feldsta"rke 516.2 Die Magnetisierung 52%%[ Page: 3 ]%%


6.3 Das magnetische Potential 546.4 Die induzierte Magnetisierung 54 6.5 Ferromagnetismus 566.6 Die magnetische Kapazita"t 58

7. Energiedichte und mechanische Spannung im magnetostatischen Feld 59 8. Die erste und die zweite Maxwellsche Gleichung 60 8.1 Das Ampe`resche Gesetz 608.2 Berechnung magnetischer Feldsta"rken 61 8.3 Die erste Maxwellsche Gleichung 638.4 Die zweite Maxwellsche Gleichung 64 8.5 Elektrische Leiter im induzierten elektrischen Feld 658.6 Die Induktivita"t 68 8.7 Bezugssysteme 708.8. Zusammenfassung der Gleichungen 71

9. Kra"fte auf Stro"me und bewegte Ladung 72 9.1 Der Druck des Magnetfeldes auf einen elektrischen Strom 729.2 Die Lorentzkraft 73 9.3 Beispiele zur Lorentzkraft 74 10. Supraleiter 77 10.1 Die supraleitende Phase 7710.2 Idealtypen magnetischer Materialien 78

11. Energiestro"me und Impuls im elektromagnetischen Feld 80 11.1 Die Energiestromdichte im elektromagnetischen Feld 8011.2 Beispiele fu"r Energiestro"mungen 81 11.3 Energieu"bertragung mit magnetischen Verschiebungsstro"men 8311.4 Geschlossene Energiestromkreise im elektromagnetischen Feld 84 11.5 Der Impuls des elektromagnetischen Feldes 8411.6 Zusammenfassung 85

12. Strukturen in der Elektrodynamik 86 12.1 Die Gibbssche Fundamentalform des elektromagnetischen Feldes 8612.2 Die Analogie zwischen Ladungsdichte und Stromdichte 87

13. Elektrische Schwingungen - der Wechselstrom 88 13.1 Die Maschenregel in Stromkreisen, die Induktivita"ten enthalten 8813.2 Elektrische Schwingkreise 88 13.3 Wechselstrom und Wechselspannung 9013.4 Der Wechselstromwiderstand 91 13.5 Die Beschreibung von Wechselstromnetzwerken mit komplexen Gro"ssen 9513.6 Der Transformator 97