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Kurs Elektrodynamik

Maxwell-Gleichungen und elektromagnetische Wellen
Level 3
Level 3 setzt die Grundlagen der Vektorrechnung, Differential- und Integralrechnung voraus. Geeignet für Studenten und zum Teil Abiturienten.
Weitere Vorkenntnisse
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Fragen & Antworten
  1. Warum stehen Feldlinien immer senkrecht auf leitenden Oberflächen?
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Millikan-Experiment: Prinzipieller Aufbau

Hier lernst Du Millikan-Versuch, seinen Aufbau und wie Du damit die kleinstmögliche Ladung, die Elementarladung bestimmen kannst.

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Video

Hier lernst Du Millikan-Versuch mit coolen Animationen! Vom Versuchsaufbau, über Schwebemethode und Gleichfeldmethode, bis zur Auswertung.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [0:15] Versuchsaufbau - alles, was Du für den Millikan-Versuch brauchst. Vom Plattenkondensator bis zum Zerstäuber.
  2. ⏲ [1:33] Grundlagen - damit Du Millikan-Versuch besser verstehst! Dazu werde beispielsweise alle 4 wirkenden Kräfte vorgestellt: Schwerkraft, Elektrische Kraft, Stokessche Reibungskraft und Auftriebskraft.
  3. ⏲ [6:15] Schwebemethode - hier ermittelst Du die Steiggeschwindigkeit und die Fallgeschwindigkeit bei ausgeschaltetem Plattenkondensator.
  4. ⏲ [11:30] Gleichfeldmethode - hier ermittelst Du ebenfalls die Steig- und Fallgeschwindigkeit; jedoch bei konstant gehaltener Spannung.
  5. ⏲ [14:37] Elementarladung & Weiterführendes - nachdem der Millikan-Versuch durchgeführt wurde, ergibt sich ein Diagramm, welches diskrete Verteilung der Ladungen von Öltröpfchen zeigt. Hier wirst Du auch die Elementarladung ablesen können. Außerdem wird Cunningham-Korrektur, sowie Fadenstrahlrohr und Hall-Effekt erwähnt.
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Video

Erklärung des physikalischen Hall-Effekts: wie Hall-Spannung durch Lorentzkraft verursacht wird und wie eine Hall-Sonde funktioniert.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [0:11] Grundlegende zum Hall-Effekt.
  2. ⏲ [02:09] Herleitung - hier wird Dir die mathematische Herleitung der Hallspannung & Hall-Konstante gezeigt.
  3. ⏲ [06:41] Hallsonde - hier gibts eine Erklärung der Hallsonde und kurze Info zur Hall-Konstante.
Übungsaufgaben mit Lösungen
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Elektrischer Fluss - Skalarprodukt von Flächenorthogonalvektor und E-Feld

Hier werden die Maxwell-Gleichungen anschaulich erklärt. Dazu werden zuerst der Gauß-Integralsatz und Stokes-Integralsatz erläutert und darauf aufbauend die vier Maxwell-Gleichungen.

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Video

Hier werden die Maxwell-Gleichungen einfach erklärt. Dazu werden zuerst elektrische und magnetische Felder, sowie der Gauß-Integralsatz und Stokes-Integralsatz erläutert.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:15] Anwendungen der Maxwell-Gleichungen – zur Einstimmung.
  2. ⏲ [02:04] Elektrisches Feld
  3. ⏲ [04:57] Magnetisches Feld
  4. ⏲ [10:00] Gauß-Integralsatz – dieses mathematische Theorem verknüpft das Volumenintegral über die Divergenz eines Vektorfeldes mit dem Flächenintegral dieses Vektorfeldes.
  5. ⏲ [18:00] Stokes-Integralsatz – dieses mathematische Theorem verknüpft das Flächenintegral über die Rotation eines Vektorfeldes mit dem Linienintegral dieses Vektorfeldes.
  6. ⏲ [24:17] Erste Maxwell-Gleichung - sagt aus, dass die Ladungen Quellen und Senken des elektrischen Feldes sind.
  7. ⏲ [27:54] Zweite Maxwell-Gleichung – sagt aus, dass magnetische Ladungen stets als Dipole vorkommen. Es gibt keine magnetischen Monopole.
  8. ⏲ [30:59] Dritte Maxwell-Gleichung (Induktionsgesetz) – sagt aus, dass zeitlich veränderliche Magnetfelder elektrische Wirbelfelder erzeugen und andersherum. Hier steckt auch die Lenz-Regel.
  9. ⏲ [35:33] Vierte Maxwell-Gleichung – sagt aus, dass das Magnetfeld durch elektrische Ströme und zeitlich veränderliche elektrische Felder (Verschiebungsstrom) erzeugt werden kann.
Herleitungen & Experimente
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Herleitungen & Experimente
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Herleitungen & Experimente
Herleitung

Herleitung der Wellengleichung für elektrische und magnetische Felder aus den Maxwell-Gleichungen sowie den Zusammenhang zwischen Lichtgeschwindigkeit und elektrischer/magnetischer Feldkonstante.

Herleitung

Herleitung der Energie vom elektrischen Feld (E-Feld) anhand der gespeicherten Energie einer geladenen Kugel und des Plattenkondensators.

Herleitung

Herleitung der Energie des magnetischen Feldes einer Spule und der magnetischen Energie (sowie der Energiedichte) des B-Feldes allgemein.

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Passende Übungsaufgaben
Fragen & Antworten
  1. Was ist der Unterschied zwischen elektrischen und magnetischen Feldern?
  2. Was ist die Poisson-Gleichung?
  3. Was ist die Multipolentwicklung?
  4. Was sind elektrische Wirbelströme?
  5. Wie funktioniert ein Dynamo?
  6. Wie bewegt sich ein elektrischer Dipol im homogenen / inhomogenen E-Feld?
  7. Was ist die Magnetisierung eines Materials?
  8. Wie funktioniert magnetische Kühlung?
Formelsammlung
Details zum Kurs
  • Copyright: ©2020
  • Lizenz: CC BY 4.0Diese Lektion darf mit der Angabe des Copyrights weiterverwendet werden!
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