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Kursvorlesung Theoretische Physik II
„Elektrodynamik“
Prof. Michael Bonitz, ITAP, CAU, SS 2015
I.
Einführung
1.
2.
II.
Gegenstand der Elektrodynamik
Historische Bemerkungen
Grundbegriffe und Grundgleichungen der E-Dynamik
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Ladungen und Ströme
Ladungen und Ladungsdichte
Math. Einschub: Distributionen. δ-Funktion
Strom und Stromdichte
Ladungserhaltung. Kontinuitätsgleichung
Math. Einschub: Satz von Gauß. Divergenz
2.
2.1
2.2
2.3
Mathematische Beschreibung von Vektorfeldern
Rotor. Potential. Satz von Stokes
Fundamentalsatz der Vektoranalysis
Math. Einschub: wichtige Eigenschaften von div, grad und rot
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Die Maxwell-Gleichungen
Quellen des elektrischen Feldes. Coulombgesetz
Technischer Einschub: Einheitensysteme der ED
Quellen des Magnetfeldes
Wirbel des elektrischen Feldes
Wirbel des Magnetfeldes
4.
4.1
4.2
*4.3
4.4
Energie und Impuls des EM Feldes
Mechanische Energie- und Impulsbilanz
Energiebilanz
Impulsbilanz
Zusammenfassung und Anwendungen
5.
5.1
5.2
Elektromagnetische Potentiale und Eichung
Skalares und Vektorpotential. Bewegungsgleichungen
Eichinvarianz. Lorentz- und Coulomb-Eichung
III.
Das zeitunabhängige elektromagnetische Feld
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Elektrostatik
Grundlegende Anwendungen und Lösungsmethoden
Lösung der Poisson-Gleichung
Multipolentwicklung
Energie des elektrostatischen Feldes
Ladungen im externen elektrostatischen Feld
2.
2.1
2.2
*2.3
2.4
2.5
Magnetostatik
Grundgleichungen
Anwendungen und Lösungsmethoden
Magnetische Multipolentwicklung
Magnetisches Moment im externen Magnetfeld
Energie des magnetostatischen Feldes
IV.
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
Elektromagnetische Wellen
Freie Wellen
Ebene EM Wellen
Monochromatische ebene Wellen
Superposition ebener monochromatischer Wellen. Spektralanalyse
Kugelwellen
2.
Erzeugung EM Wellen
2.1 Allgemeine Lösung der inhomogenen Wellengleichung
*2.2 EM Strahlung einer bewegten Punktladung. Lienard-WiechertPotentiale
*2.3 EM Strahlung einer entfernten Quelle. Mulipolstrahlung
V.
Spezielle Relativitätstheorie
1.
1.1
1.1.1
1.1.2
Historische Einführung
Das Relativitätsprinzip
Relativitätsprinzip und Newtonsche Mechanik. Galilei-Transformation
Relativitätsprinzip und Elektrodynamik
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
Grundlagen der relativistischen Kinematik
Einsteins Postulate
Einsteins Raum-Zeit. Lorentz-Transformation
4-Vektoren
Relativistische Kinematik. Geschwindigkeits-Addition
*3.
*3.1
*3.2
*3.3
Relativistische Dynamik
Lagrange-Funktion. Prinzip der kleinsten Wirkung
Impuls. Masse. Energie
Relativistische Bewegungsgleichung
*3.4
*3.5
*3.6
*VI.
Kovariante Formulierung der ED
Relativistische Feld-Materie-WW
⃗ ,B
⃗
Lorentz-Transformation der Felder E
Elektrodynamik in Materie
mit * gekennzeichnete Kapitel müssen wegen des verkürzten Semesters voraussichtlich wegfallen.
Auf Wunsch werden dazu Zusatzvorlesungen angeboten.
Zu VI. Gibt es die Spezialvorlesung „Teilchen und Felder I“
Literaturempfehlungen
Lehrbücher:
(1) L. D. Landau, E. M. Lifshitz, „Theoretische Physik“, Bd. 2 „Klassische
Feldtheorie“
(2) R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands, “Feynman Lectures”, Bd. I – II
(3) I. D. Jackson, “Klassische Elektrodynamik”
(4) S. Flügge, „Rechenmethoden der Elektrodynamik“
(5) T. Fließbach, „Elektrodynamik“
(6) W. Greiner, „Klassische Elektrodynamik“
(7) D.J. Griffiths, „Elektrodynamik“, Pearson 2011
Historische Texte:
(8) A. Sommerfeld, „Elektrodynamik“
(9) J. C. Maxwell, „Lehrbuch der Elektrizität und des Magnetismus“, Springer.
Berlin 1883, Bd. 1, 2 (Engl. Ausgabe 1873)
(10) M. Born, „Die Relativitätstheorie Einsteins“, Springer 1064 (s. Aufl. 1920)
(11) A. Einstein, „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“, Ann. Physik 4. Folge,
Bd. 17 (1905), S. 891 – 641; „Ist die Trägheit eines Körpers von seinen
Energieinhalt abhängig?“, ibid, S. 639 - 641