Elektrodynamik
Eine Einführung
4th Edition
Published on 1. August 2018
720 pages
978-3-86326-843-5 (ISBN)
Description
Die Phänomene von Elektrizität und Magnetismus durchziehen unser Leben und begegnen uns ohne Unterlass - in modernen Informations- und Kommunikationsmitteln, der Unterhaltungselektronik, in Haushaltsgeräten, Flugzeugen, Hochgeschwindigkeitszügen, Kraftwerken und Raumschiffen. Die theoretische Grundlage dieses Kerns unserer modernen Zivilisation stellt die klassische Elektrodynamik da, die alle diese Phänomene auf lediglich vier Gleichungen zurückführt, die Maxwell'schen Gleichungen. Ein Verständnis dieser Theorie ist unerlässlich, um die Vielzahl der Phänomene zu begreifen. Griffiths Einführung in die Elektrodynamik legt sorgfältig die mathematischen Grundlagen der Theorie, behandelt alle wichtigen Aspekte der Elektrodynamik ausgehend von statischen elektrischen und magnetischen Feldern über die besonderen Phänomene in Materie bis hin zur Strahlungs- und speziellen Relativitätstheorie.
Das Buch richtet sich an Studierende der Naturwissenschaften, insbesondere der Physik. Es ist für Studierende von Bachelorstudiengängen an Universitäten und Fachhochschulen konzipiert und schlägt die Brücke zwischen dem konzeptionellen Kern der Elektrodynamik und der manchmal subtilen Anwendung auf reale Probleme. Dazu werden zahlreiche, pädagogisch ausgewählte Fallstudien vollständig ausgearbeitet, um den Stoff mit Leben zu erfüllen. Abgerundet werden alle Kapitel durch eine Vielzahl von Aufgaben aller Schwierigkeitsgrade, die den Studierenden erlauben, ihr Wissen zu vertiefen und unmittelbar anzuwenden. Neben einer Vorlesungsbegleitung eignet sich die "Einführung in die Elektrodynamik" daher auch hervorragend zum Selbststudium. Die vierte Auflage dieses überaus erfolgreichen amerikanischen Standardwerks der Elektrodynamik wurde zu diesem Zweck an die besonderen Bedürfnisse der deutschen Leserschaft angepasst und komplett überarbeitet.
AUS DEM INHALT:
- Mathematische Grundlagen: Vektoranalysis, Variablentrennung, Multipolentwicklung
- Elektrostatik: Felder, Potentiale, Spiegelladungen
- Elektrische Felder in Materie: Polarisationsladungen, Dielektrika
- Magnetostatik: Lorentzkraft, Biot-Savart-Gesetz
- Magnetische Felder in Materie: B- und H-Felder, Magnete
- Elektrodynamik: elektromotorische Kraft, Induktion, Maxwell'sche Gleichungen, Erhaltungssätze
- Wellentheorie im Vakuum und in Materie, Absorption, Dispersion, Wellenleiter
- Potentiale und Felder
- Strahlungstheorie: Dipolstrahlung, beschleunigte Punktladungen
- Spezielle Relativitätstheorie: Grundlagen, relativistische Mechanik und Elektrodynamik
David J. Griffiths ist Physiker und lehrt seit 1978 am Reed College, wo er die Howard-Vollum-Professur für Naturwissenschaften innehat. Neben der Einführung in die Elektrodynamik gibt es vom gleichen Autor eine Einführung in die Quantenmechanik. Griffiths erhielt 1997 den Robert A. Millikan-Preis für seine herausragenden Beiträge zur Physikausbildung. Der Fachlektor des Buches, Ulrich Schollwöck, ist Physiker und Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Nanophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität München.
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- Lösungen zu den Aufgaben
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08/2018
Pearson Studium
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Content
- Elektrodynamik
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort
- Vorbemerkungen
- Vorwort zur deutschen Ausgabe
- Kapitel 1 Vektoranalysis
- 1.1 Vektoralgebra
- 1.1.1 Vektoroperationen
- 1.1.2 Vektoralgebra in der Komponentenform
- 1.1.3 Dreierprodukte
- 1.1.4 Orts-, Verschiebungs- und Verbindungsvektoren
- 1.1.5 Wie sich Vektoren transformieren
- 1.2 Differentialrechnung
- 1.2.1 "Gewöhnliche" Ableitungen
- 1.2.2 Gradient
- 1.2.3 Der Operator v
- 1.2.4 Die Divergenz
- 1.2.5 Die Rotation
- 1.2.6 Produktregeln
- 1.2.7 Zweite Ableitungen
- 1.3 Integralrechnung
- 1.3.1 Linien-, Flächen- und Volumenintegrale
- 1.3.2 Der Fundamentalsatz der Differentialrechnung
- 1.3.3 Der Fundamentalsatz für den Gradienten
- 1.3.4 Der Fundamentalsatz für die Divergenz
- 1.3.5 Der Fundamentalsatz für die Rotation
- 1.3.6 Partielle Integration
- 1.4 Krummlinige Koordinaten
- 1.4.1 Sphärische Polarkoordinaten
- 1.4.2 Zylinderkoordinaten
- 1.5 Die Dirac'sche Deltafunktion
- 1.5.1 Die Divergenz von ^r/r2
- 1.5.2 Die eindimensionale Dirac'sche Deltafunktion
- 1.5.3 Die dreidimensionale Deltafunktion
- 1.6 Die Theorie der Vektorfelder
- 1.6.1 Das Helmholtz-Theorem
- 1.6.2 Potentiale
- Kapitel 2 Elektrostatik
- 2.1 Das elektrische Feld
- 2.1.1 Einleitung
- 2.1.2 Das Coulomb'sche Gesetz
- 2.1.3 Das elektrische Feld
- 2.1.4 Kontinuierliche Ladungsverteilungen
- 2.2 Divergenz und Rotation elektrostatischer Felder
- 2.2.1 Feldlinien, Fluss und Gauß'sches Gesetz
- 2.2.2 Die Divergenz von E
- 2.2.3 Anwendungen des Gauß'schen Gesetzes
- 2.2.4 Die Rotation von E
- 2.3 Das elektrische Potential
- 2.3.1 Einführung in Potentiale
- 2.3.2 Anmerkungen zu Potentialen
- 2.3.3 Poisson-Gleichung und Laplace-Gleichung
- 2.3.4 Das Potential einer örtlich begrenzten Ladungsverteilung
- 2.3.5 Randbedingungen der Elektrostatik
- 2.4 Arbeit und Energie in der Elektrostatik
- 2.4.1 Die zur Bewegung einer Ladung notwendige Arbeit
- 2.4.2 Die Energie einer Gruppe von Punktladungen
- 2.4.3 Die Energie einer kontinuierlichen Ladungsverteilung
- 2.4.4 Anmerkungen zur elektrostatischen Energie
- 2.5 Leiter
- 2.5.1 Grundlegende Eigenschaften
- 2.5.2 Induzierte Ladungen
- 2.5.3 Flächenladungen und die Kraft auf einen Leiter
- 2.5.4 Kondensatoren
- Kapitel 3 Potentiale
- 3.1 Laplace-Gleichung
- 3.1.1 Einleitung
- 3.1.2 Die Laplace-Gleichung in einer Dimension
- 3.1.3 Die Laplace-Gleichung in zwei Dimensionen
- 3.1.4 Die Laplace-Gleichung in drei Dimensionen
- 3.1.5 Randbedingungen und Eindeutigkeitssätze
- 3.1.6 Leiter und der zweite Eindeutigkeitssatz
- 3.2 Die Methode der Spiegelladungen
- 3.2.1 Das klassische Problem der Spiegelladung
- 3.2.2 Induzierte Flächenladung
- 3.2.3 Kraft und Energie
- 3.2.4 Andere Spiegelladungsprobleme
- 3.3 Separation der Variablen
- 3.3.1 Kartesische Koordinaten
- 3.3.2 Sphärische Koordinaten
- 3.4 Multipolentwicklung
- 3.4.1 Näherungsweise Potentiale in großen Entfernungen
- 3.4.2 Monopol- und Dipol-Terme
- 3.4.3 Koordinatenursprung in Multipolentwicklungen
- 3.4.4 Das elektrische Feld eines Dipols
- Kapitel 4 Elektrische Felder in Materie
- 4.1 Polarisation
- 4.1.1 Dielektrika
- 4.1.2 Induzierte Dipole
- 4.1.3 Ausrichtung polarer Moleküle
- 4.1.4 Polarisation
- 4.2 Das Feld eines polarisierten Objekts
- 4.2.1 Gebundene Ladungen
- 4.2.2 Physikalische Interpretation der Polarisationsladungen
- 4.2.3 Das Feld im Inneren eines Dielektrikums
- 4.3 Die dielektrische Verschiebung
- 4.3.1 Das Gauß'sche Gesetz in der Anwesenheit von Dielektrika
- 4.3.2 Eine irreführende Parallele
- 4.3.3 Randbedingungen
- 4.4 Lineare Dielektrika
- 4.4.1 Suszeptibilität, Dielektrizitätskonstante, Dielektrizitätszahl
- 4.4.2 Randwertprobleme bei linearen Dielektrika
- 4.4.3 Energie in dielektrischen Systemen
- 4.4.4 Kräfte auf Dielektrika
- Kapitel 5 Magnetostatik
- 5.1 Die Lorentz-Kraft
- 5.1.1 Magnetfelder
- 5.1.2 Magnetische Kräfte
- 5.1.3 Ströme
- 5.2 Das Biot-Savart'sche Gesetz
- 5.2.1 Stationäre Ströme
- 5.2.2 Das Magnetfeld eines stationären Stroms
- 5.3 Divergenz und Rotation von B
- 5.3.1 Geradlinige Ströme
- 5.3.2 Divergenz und Rotation von B
- 5.3.3 Das Ampère'sche Gesetz
- 5.3.4 Vergleich zwischen Magnetostatik und Elektrostatik
- 5.4 Magnetisches Vektorpotential
- 5.4.1 Das Vektorpotential
- 5.4.2 Magnetostatische Randbedingungen
- 5.4.3 Multipolentwicklung des Vektorpotentials
- Kapitel 6 Magnetische Felder in Materie
- 6.1 Magnetisierung
- 6.1.1 Diamagnete, Paramagnete und Ferromagnete
- 6.1.2 Drehmomente und Kräfte auf magnetische Dipole
- 6.1.3 Effekt eines Magnetfelds auf die Umlaufbahnen in Atomen
- 6.1.4 Magnetisierung
- 6.2 Das Feld eines magnetisierten Objekts
- 6.2.1 Polarisationsströme
- 6.2.2 Physikalische Interpretation von Polarisationsströmen
- 6.2.3 Das magnetische Feld im Inneren von Materie
- 6.3 Das magnetische Hilfsfeld H
- 6.3.1 Das Ampère'sche Gesetz in magnetisierten Materialien
- 6.3.2 Eine irreführende Parallele
- 6.3.3 Randbedingungen
- 6.4 Lineare und nichtlineare Medien
- 6.4.1 Magnetische Suszeptibilität und Permeabilität
- 6.4.2 Ferromagnetismus
- Kapitel 7 Elektrodynamik
- 7.1 Elektromotorische Kraft
- 7.1.1 Ohm'sches Gesetz
- 7.1.2 Elektromotorische Kraft
- 7.1.3 Dynamische elektromotorische Kraft
- 7.2 Elektromagnetische Induktion
- 7.2.1 Das Faraday'sche Gesetz
- 7.2.2 Das induzierte elektrische Feld
- 7.2.3 Induktivität
- 7.2.4 Energie in Magnetfeldern
- 7.3 Die Maxwell'schen Gleichungen
- 7.3.1 Die Elektrodynamik vor Maxwell
- 7.3.2 Wie Maxwell das Ampère'sche Gesetz reparierte
- 7.3.3 Die Maxwell'schen Gleichungen
- 7.3.4 Magnetische Ladung
- 7.3.5 Maxwell'sche Gleichungen in Materie
- 7.3.6 Randbedingungen
- Zwischenakt
- Kapitel 8 Erhaltungssätze
- 8.1 Ladung und Energie
- 8.1.1 Die Kontinuitätsgleichung
- 8.1.2 Der Poynting'sche Satz
- 8.2 Impuls
- 8.2.1 Das dritte Newton'sche Gesetz in der Elektrodynamik
- 8.2.2 Der Maxwell'sche Spannungstensor
- 8.2.3 Impulserhaltung
- 8.2.4 Drehimpuls
- 8.3 Magnetische Kräfte verrichten keine Arbeit
- Kapitel 9 Elektromagnetische Wellen
- 9.1 Wellen in einer Dimension
- 9.1.1 Die Wellengleichung
- 9.1.2 Sinusförmige Wellen
- 9.1.3 Randbedingungen: Reflexion und Transmission
- 9.1.4 Polarisation
- 9.2 Elektromagnetische Wellen im Vakuum
- 9.2.1 Die Wellengleichung für E und B
- 9.2.2 Monochromatische ebene Wellen
- 9.2.3 Energie und Impuls in elektromagnetischen Wellen
- 9.3 Elektromagnetische Wellen in Materie
- 9.3.1 Ausbreitung in linearen Medien
- 9.3.2 Reflexion und Transmission bei senkrechtem Einfall
- 9.3.3 Reflexion und Transmission bei schrägem Einfall
- 9.4 Absorption und Dispersion
- 9.4.1 Elektromagnetische Wellen in Leitern
- 9.4.2 Reflexion an einer leitenden Oberfläche
- 9.4.3 Die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante
- 9.5 Geführte Wellen
- 9.5.1 Wellenleiter
- 9.5.2 TE-Wellen in rechtwinkligen Wellenleitern
- 9.5.3 Koaxiale Übertragungsleitungen
- Kapitel 10 Potentiale und Felder
- 10.1 Der Potentialformalismus
- 10.1.1 Skalare und Vektorpotentiale
- 10.1.2 Eichtransformationen
- 10.1.3 Coulomb-Eichung und Lorenz-Eichung
- 10.1.4 Die Lorentz-Kraft in Potentialform
- 10.2 Kontinuierliche Verteilungen
- 10.2.1 Retardierte Potentiale
- 10.2.2 Die Jefimenko-Gleichungen
- 10.3 Punktladungen
- 10.3.1 Liénard-Wiechert-Potentiale
- 10.3.2 Die Felder einer bewegten Punktladung
- Kapitel 11 Strahlung
- 11.1 Dipolstrahlung
- 11.1.1 Was ist Strahlung?
- 11.1.2 Elektrische Dipolstrahlung
- 11.1.3 Magnetische Dipolstrahlung
- 11.1.4 Strahlung aus einer beliebigen Quelle
- 11.2 Punktladungen
- 11.2.1 Abgestrahlte Leistung einer Punktladung
- 11.2.2 Strahlungsreaktion
- 11.2.3 Die physikalische Grundlage der Strahlungsreaktion
- Kapitel 12 Elektrodynamik und Relativität
- 12.1 Die spezielle Relativitätstheorie
- 12.1.1 Die Einstein'schen Postulate
- 12.1.2 Die Geometrie der Relativitätstheorie
- 12.1.3 Die Lorentz-Transformationen
- 12.1.4 Die Struktur der Raumzeit
- 12.2 Relativistische Mechanik
- 12.2.1 Eigenzeit und Eigengeschwindigkeit
- 12.2.2 Relativistische Energie und relativistischer Impuls
- 12.2.3 Relativistische Kinematik
- 12.2.4 Relativistische Dynamik
- 12.3 Relativistische Elektrodynamik
- 12.3.1 Magnetismus als relativistisches Phänomen
- 12.3.2 Wie sich Felder transformieren
- 12.3.3 Der Feldtensor
- 12.3.4 Elektrodynamik in Tensornotation
- 12.3.5 Relativistische Potentiale
- Anhang A Vektoranalysis in krummlinigen Koordinaten
- A.1 Einführung
- A.2 Schreibweisen
- A.3 Gradient
- A.4 Divergenz
- A.5 Rotation
- A.6 Laplace-Operator
- Anhang B Das Helmholtz-Theorem
- Anhang C Einheiten
- Index
- Copyright
