Experimentalphysik: Band 3 Elektrizität, Magnetismus, Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

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The third volume covers electromagnetism and electricity. * Contains extensive two-color illustrations * Reviews the learning content in each section * Illustrates the connections between experiment and theory through a combination of experimental structures, sketches, and mathematical formulas Vorwort Zum Inhalt von Band III Danksagung Inhalt Symbolverzeichnis Band III 1 Elektrostatik 1.1 Coulombsches Gesetz, Elementarladung, elektrisches Feld 1.1.1 Coulombsches Gesetz 1.1.2 Elektrische Ladung 1.1.3 Elektrisches Feld und elektrische Feldstärke 1.2 Elektrischer Fluss, Gaußsches Gesetz 1.2.1 Elektrischer Fluss 1.2.2 Gaußsches Gesetz 1.2.3 Anwendungsbeispiele 1.3 Elektrostatisches Potenzial 1.4 Der elektrische Dipol 1.4.1 Multipole 1.4.2 Der elektrische Dipol 1.4.3 Der Dipol im elektrischen Feld 1.4.4 Der elektrische Quadrupol 1.5 Influenz, Kondensator, gespeicherte elektrische Energie 1.5.1 Influenz 1.5.2 Der Kondensator (Capacitor) 1.5.3 Im elektrischen Feld gespeicherte Energie 1.6 Das elektrische Feld im Dielektrikum 1.6.1 Die dielektrische Polarisation 1.6.2 Bestimmungsgleichung des elektrischen Feldes im Medium 1.6.3 Die elektrische Feldenergie im Dielektrikum 1.7 Zusammenhang der elektrostatischen und mechanischen Bestimmungsgleichungen 1.7.1 Elektrostatik als Fernwirkungstheorie 1.7.2 Elektrostatik als Nahwirkungstheorie 1.7.3 Elektrostatik in Substanzen 1.7.4 Bestimmungsgleichungen des elektrischen Feldes bei gegebener Ladungsverteilung Zusammenfassung Anhang 1 Die Clausius-Mosotti-Gleichung Anhang 2 Elektrisches Feld an Grenzflächen A2.1 Grenzfläche zwischen Dielektrika A2.2 Feldkomponenten auf einer Leiteroberfläche Anhang 3 Der elektrische Quadrupoltensor 2 Stationäre elektrische Ströme 2.1 Der elektrische Strom 2.1.1 Der Strom als Ladungstransport 2.1.2 Wirkung und Richtung des elektrischen Stromes 2.1.3 Die Kontinuitätsgleichung 2.1.4 Driftgeschwindigkeit und elektrischer Widerstand 2.1.5 Stromleistung und Joulesche Wärme 2.2 Einfache Schaltkreise 2.2.1 Ohmscher Widerstand und Spannungsteiler 2.2.2 Aufladung und Entladung eines Kondensators 2.2.3 Die Kirchhoffschen Regeln 2.2.4 Serien- und Parallelschaltung von Widerständen, Widerstandsvergleich in der Wheatstone Brücke 2.2.5 Schaltung von Strom- und Spannungsmessern 2.2.6 „Eingeprägte Kraft“: EMK und EKL; Innenwiderstand von Spannungsquellen 2.3 Mechanismen der Stromleitung 2.3.1 Festkörper: Leiter und Halbleiter 2.3.2 Leitungsmechanismen in Flüssigkeiten (Elektrolyse); Faraday- Gesetze 2.3.3 Stromleitung in Gasen und im Vakuum Zusammenfassung 3 Statische Magnetfelder (Magnetfeld stationärer Ströme) 3.1 Die Lorentz-Kraft 3.1.1 Die Kraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld 3.1.2 Magnetische Feldlinien 3.1.3 Magnetischer Fluss und magnetisches Gaußsches Gesetz 3.1.4 Gekreuztes elektrisches und magnetisches Feld 3.1.4.1 Bestimmung der spezifischen Ladung e/m des Elektrons nach J. J. Thomson, Massenspektrometer 3.1.4.2 Hall-Effekt 3.1.4.3 Zyklotron und Synchrozyklotron, Synchrotron 3.1.5 Stromdurchflossener Leiter und Leiterschleife im Magnetfeld, magnetischer Dipol 3.2 Das Magnetfeld stationärer Ströme 3.2.1 Das Gesetz von Biot-Savart 3.2.2 Beispiele für Feldberechnungen 3.2.2.1 Langer gerader Leiter 3.2.2.2 Kreisbogen, Kreisschleife, ideale Spule 3.2.3 Das Amperesche Gesetz (Durchflutungsgesetz, Verkettungsgesetz, Ampere’s circuital law) 3.2.4 Beispiele für Magnetfeldberechnungen 3.2.4.1 Magnetfeld einer langen Spule (Solenoid) 3.2.4.2 Magnetfeld eines Toroids 3.2.5 Die stromdurchflossene Leiterschleife als magnetischer Dipol 3.2.6 Das Vektorpotenzial 3.3 Elektromagnetisches Feld und Relativitätsprinzip 3.3.1 Kraft zwischen parallelen, stromdurchflossenen Leitern 3.3.2 Kraft zwischen bewegten Ladungen 3.3.3 Das elektrische Feld einer bewegten Ladung 3.3.4 Ablenkung eines Elektronenstrahls im Magnetfeld eines zum Strahl parallelen, stromdurchflossenen Leiters 3.3.5 Die Transformationsgleichungen des elektromagnetischen Feldes 3.3.6 Das Biot-Savart-Gesetz als relativistisches Coulomb-Gesetz 3.3.7 Parallel zueinander bewegte Ladungen 3.4 Magnetismus der Materie 3.4.1 Magnetisierung und magnetische Suszeptibilität 3.4.2 Das magnetische Moment von Atomen 3.4.3 Diamagnetismus 3.4.4 Paramagnetismus 3.4.5 Ferromagnetismus 3.4.6 Antiferro- und Ferrimagnete 3.5 Rückblick auf statische Felder Zusammenfassung Anhang 1 Magnetfeld innerhalb und außerhalb eines stromdurchflossenen, geraden Leiters Anhang 2 Lorentz-Transformation von Impuls, Energie und Kraft Anhang 3 Gaußsche Methode der Bestimmung des magnetischen Moments eines Stabmagneten und der Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes 4 Zeitlich veränderliche Felder und Maxwell Gleichungen 4.1 Faradaysches Induktionsgesetz 4.2 Selbstinduktion, Gegeninduktion, Energie des elektromagnetischen Feldes 4.2.1 Selbstinduktion 4.2.2 Schaltvorgang im LR-Kreis 4.2.3 Gegeninduktion (mutual induction) 4.2.4 Die Energie des elektromagnetischen Feldes 4.3 Induzierte Magnetfelder 4.4 Die Maxwell-Gleichungen (1855/56) Zusammenfassung Anhang 1 Der Maxwellsche Verschiebungsstrom (Maxwellsche Ergänzung, displacement current) 5 Wechselstromkreis und elektromagnetische Schwingungen und Wellen 5.1 Der Wechselstromkreis 5.1.1 Nur rein ohmscher Widerstand R im Kreis 5.1.2 Wechselstromleistung am ohmschen Widerstand, Effektivwert, Zeigerdiagramm 5.1.3 Nur eine Spule mit Induktivität L im Kreis 5.1.4 Nur ein Kondensator mit Kapazität C im Kreis 5.1.5 Der R-L- und der R-C-Kreis 5.1.6 Der L-C-R Serien-Kreis 5.1.7 Wechselstromleistung bei Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung 5.1.8 Der Transformator 5.2 Der elektromagnetische Schwingkreis 5.2.1 Der freie, ungedämpfte Schwingkreis 5.2.2 Gedämpfte Schwingung im freien L-C-R-Kreis 5.2.3 Erzwungene Schwingung 5.2.3.1 Serienschwingkreis (Spannungsresonanz) 5.2.3.2 Parallelschwingkreis (Stromresonanz) 5.3 Der „offene“ Schwingkreis = Hertzscher Dipol 5.4 Die Abstrahlung einer beschleunigten Ladung 5.5 Elektromagnetische Wellen 5.5.1 Rückblick auf den Maxwellschen Verschiebungsstrom (= Maxwellsche Ergänzung) und die Ladungserhaltung (Kontinuitätsgleichung) 5.5.2 Die Wellengleichung 5.5.3 Ebene elektromagnetische Wellen 5.5.4 Energietransport, Impulstransport und Drehimpuls einer elektromagnetischen Welle 5.5.5 Wellenausbreitung auf Leitungen 5.5.6 Das elektromagnetische Spektrum Zusammenfassung Anhang 1 Der Transformator A1.1 Unbelasteter, idealer Eisentransformator A1.2 Belastung der Sekundärspule mit einer Impedanz Z Anhang 2 Zur Synchrotronstrahlung Anhang 3 Übertragung von Drehimpuls durch eine elektromagnetische Welle A3.1 Übertragung von Drehimpuls durch eine elektromagnetische Welle auf frei bewegliche Metallelektronen in einem klassischen Modell A3.2 Übertragung von Drehimpuls durch eine elektromagnetische Welle auf Moleküle mit Dipolmoment in einem klassischen Modell Anhang 4 Lösung der Telegraphengleichung Literatur Register Bestellen Sie das 6-bändige Set und sparen Sie fast €50. Dieses sechsbändige Lehrbuch bietet für Lehrende und Lernende der Physik und der Naturwissenschaften insgesamt eine Brücke von den Phänomenen und Experimenten sowie der dadurch motivierten Modellbildung zu den weiterführenden Theorien. Der logische Aufbau und die klare und übersichtliche Darstellung unterstützt die Studierenden mit einem durchgehenden roten Faden und Lernhilfen auf verschiedenen Ebenen: Nach einer Vorstellung der Lerninhalte und Konzepte am Kapitelanfang werden im folgenden Text die Zusammenhänge deutlich gemacht, Formeln konsequent hergeleitet, mit vielen Abbildungen erläutert und am Kapitelende wird das Wichtigste noch einmal zusammengefasst. Band III:Elektrostatik:Coulombsche Gesetz, Elementarladung, elektrisches Feld, Potenzial, Dipol, Influenz und Kondensator, Dielektrikum; Stationäre Ströme:Ladungstransport, Ohmsches Gesetz, Stromleistung, Kirchhoffsche Regeln, Mechanismen der Stromleitung;Statische Magnetfelder:Lorentz-Kraft, Hall-Effekt, Biot-Savartsches Gesetz, Ampersches Gesetz, Vektorpotenzial, elektromagnetisches Feld und Relativitätsprinzip, Kraftwirkung paralleler Ströme, Dia-, Para-, Ferromagnetismus;Zeitlich veränderliche Felder:Selbst- und Gegeninduktion, Energie des elektromagnetischen Feldes, induzierte Magnetfelder, Maxwell-Gleichungen; Elektromagnetische Schwingungen und Wellen:Wechselstromkreise, Transformator, Schwingkreise, Hertzscher Dipol, Strahlung, elektromagnetische Wellen, Wellengleichung, Energie- und Impulstransport, Wellenausbreitung auf Leitungen. Band III: Elektrostatik: Coulombsche Gesetz, Elementarladung, elektrisches Feld, Potenzial, Dipol, Influenz und Kondensator, Dielektrikum; Stationäre Ströme: Ladungstransport, Ohmsches Gesetz, Stromleistung, Kirchhoffsche Regeln, Mechanismen der Stromleitung; Statische Magnetfelder: Lorentz-Kraft, Hall-Effekt, Biot-Savartsches Gesetz, Ampersches Gesetz, Vektorpotenzial, elektromagnetisches Feld und Relativitätsprinzip, Kraftwirkung paralleler Ströme, Dia-, Para-, Ferromagnetismus; Zeitlich veränderliche Felder: Selbst- und Gegeninduktion, Energie des elektromagnetischen Feldes, induzierte Magnetfelder, Maxwell-Gleichungen; Elektromagnetische Schwingungen und Wellen: Wechselstromkreise, Transformator, Schwingkreise, Hertzscher Dipol, Strahlung, elektromagnetische Wellen, Wellengleichung, Energie- und Impulstransport, Wellenausbreitung auf Leitungen Alle 6 Bände sind als Set erhältlich. Order the (https://www.degruyter.com/view/product/463332) 6-volume edition and save almost € 50. The third volume covers electromagnetism and electricity. Contains extensive two-color illustrations Reviews the learning content in each section Illustrates the connections between experiment and theory through a combination of experimental structures, sketches, and mathematical formulas