Im ersten Teil der Vorlesung „Elektromagnetische Felder“ wird zuerst der Begriff „Feld“ eingeführt, die speziell damit verbundenen mathematischen Methoden und Aussagen sowie grundlegenden physikalischen Konzepte.Anschließend wird die Formulierung der Grundaussagen der elektromagnetischen Feldtheorie aus Experimenten und theoretischen Überlegungen in heutiger mathematischer Darstellung nachvollzogen. Dabei werden historische und aktuelle Begriffsbildungen einander gegenübergestellt - Atombau der Materie und Relativität waren bei Aufstellung der Theorie noch nicht bekannt!
Folgerungen aus der Theorie werden vorgestellt - insbesondere die Existenz elektromagnetischer Wellen und die Deutung von Licht als solcher. Exemplarisch werden wesentliche Eigenschaften eines technisch besonders relevanten Wellentyps - der ebenen harmonischen Welle - abgeleitet.
Inhalt und Gültigkeitsbereich der Theorie werden diskutiert.
Phänomene in Materie im elektromagnetischen Feld werden aus atomistischer Sicht behandelt, was - zusammen mit der heutigen Festlegung der Maßeinheiten - zur aktuellen Begriffsbildung und Formulierung der Maxwell’schen Gleichungen (MG) führt.
Daraus wird das Verhalten von Feldern an Materialübergängen abgeleitet.
Als allgemeine Lösung der MG werden die elektromagnetischen Potentiale hergeleitet, ihre grundlegenden Eigenschaften erläutert und ihre Anwendung zur Lösung feldtheoretischer Fragestellungen dargestellt.
Die Behandlung zeitlich konstanter Felder - ihrer Entstehung und ihrer Eigenschaften - bildet den Abschluß des ersten Teils der Vorlesung.
In den Übungsaufgaben wird der Stoff der Vorlesung durch die Anwendung auf konkrete wissenschaftliche und technische Problemstellungen und beispielartige Lösung von Standardproblemen vertieft.
Weiteres Ziel der Übungen ist die Vorbereitung auf die schriftliche Prüfung.
Inhaltsübersicht:
1. Felder: Physikalische Konzepte und mathematische Beschreibung
2. Begriffe und Grundaussagen der elektromagnetischen Feldtheorie
3. Folgerungen und Ausblick auf elektromagnetische Wellen
4. Materie im Feld und Felder an Materialübergängen
5. Die Potentiale des elektromagnetischen Felds
6. Inhalt und Gültigkeitsbereich der elektromagnetischen Feldtheorie
7. Elektrostatik: Das zeitlich konstante elektrische Feld
8. Magnetostatik: Das zeitlich konstante magnetische Feld