Lernpfad 4: Elektrodynamik & Wellen

Jetzt wird es zeitabhängig: Induktion koppelt $\mathbf{E}$ und $\mathbf{B}$, der Verschiebungsstrom vervollständigt die Maxwell-Gleichungen, und daraus folgen elektromagnetische Wellen.

Voraussetzungen

Lernpfad 3.

Die Schritte

1. Faraday-Induktion (Elektrodynamik)
   Flussregel, Bewegungsinduktion, Lenzsche Regel.
2. Elektrodynamik - Dynamik und Wellen
   Maxwell-Gleichungen, Potentiale, ebene Wellen, Dipolstrahlung.
3. Impulsbilanz und Poynting-Vektor
   Energie- und Impulsfluss des Feldes, voller Spannungstensor.

Selbsttest

Hake ab, was du sicher kannst – der Stand bleibt in deinem Browser gespeichert.

• Ich kann erklären, warum das Ampèresche Gesetz ohne Verschiebungsstrom der Kontinuitätsgleichung widerspricht.
• Ich kann aus den Maxwell-Gleichungen im Vakuum die Wellengleichung herleiten und $c=1/\sqrt{{\mu }_0{\epsilon }_0}$ ablesen.
• Ich weiß, dass bei der ebenen Welle $\mathbf{E}$, $\mathbf{B}$, $\mathbf{k}$ ein Rechtssystem bilden und $|\mathbf{B}|=|\mathbf{E}|/c$ gilt.
• Ich kann das Poynting-Theorem als lokale Energiebilanz lesen.
• Ich kann zeigen, dass beim stromdurchflossenen Draht die Energie über $\mathbf{S}$ von außen in den Draht fließt.

Häufige Fehler

• Lenz-Vorzeichen: Der induzierte Strom wirkt der Flussänderung entgegen, nicht dem Fluss.
• Flussregel bei Gleitkontakten: Bei bewegten Kontakten sauber mit $\mathbf{v}\times \mathbf{B}$ rechnen.
• Zeitmittel komplexer Felder: $⟨\mathbf{S}⟩=\frac{1}{2}\mathrm{Re}(\mathbf{E}\times {\mathbf{H}}^{\ast })$ – der Faktor $\frac{1}{2}$ fehlt gern.

Weiter

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