Kompaktkurs Elektrodynamik (Harald Grießhammer)

Zeit, Ort

2 SWS + 2 SWS Übungen
Dienstags 13:00 s.t. bis 14:30 im Hörsaal D
Übungen dazu montags 13:00s.t. bis 15:00 im Hörsaal F.
Gruppe 1: Hörsaal F (Sascha Batz)
Gruppe 2: SR 02.729 (Michael Hirsch)

Art der Vorlesung

Zusatzveranstaltung für Studenten aus dem 3. Semester mit Interesse am Elitestudiengang

Die Vorlesung richtet sich primär an Interessenten am Elitestudiengang und dient der frühen Einbindung der Elektrodynamik ins Curriculum.

Lernziele

Einführung in die theoretischen Konzepte und mathematischen Methoden der klassischen Elektrodynamik und Grundlagen der relativistischen Feldtheorie. Schwerpunkt auf Prinzipien und Beispiele, die im weiteren Curriculum benötigt werden.

Die Lernziele der Vorlesung in ausführlicher Form: kompaktedynWS0506.lernziele.pdf

Voraussetzungen

Einführung in die Theoretische Physik (SS05, Prof. Mecke), Kursvorlesungen Mathematik.
Abgestimmt mit der Vorlesung "Theoretische Physik I: Mechanik", Prof. Mecke.

Übungen

2 SWS gemischte Präsenz-, Plenar- und Hausübungen. Aktive Teilnahme erwartet.

Inhalt

• Grundgleichungen der Elektrodynamik
• Elektrostatik
• Magnetostatik
• Elektrodynamik als relativistische Feldtheorie
• Strahlende Systeme

Vorlesungsablauf/Literatur/Einheiten zum Ausdrucken als pdf: kompaktedynWS0506.mitteilung.pdf

Inhalt der einzelnen Vorlesungen

Datum	Thema	Literatur	Übung
18.10.05	Grundgleichungen der Elektrodynamik Wiederholung Felder, Vektoranalysis, Konventionen Interpretation der Maxwell'schen Gleichungen	[M1, Kap. 3 & 6], [4, Kap. 1 & 4.1.1/2], [3, Kap. 16]	1. Übungsblatt Lösungsvorschlag
25.10.05	Elektrostatik Poisson-Gleichung, Lösung durch Green'sche Funktion	[4, Kap. 2.1 & 2.3.1-3], [M2, 8.7 (Anfang)]	2. Übungsblatt Lösungsvorschlag
01.11.05	Keine Vorlesung, aber Übungen		3. Übungsblatt Lösungsvorschlag
08.11.05	Lösung durch Green'sche Funktion (fs.), Eindeutigkeit und Randbedingungen, Randwertproblem auf Kugeloberflächen, Legendre'sch Differentialgleichung. Bem: In Vorlesung und dort verteiltem Beiblatt findet sich ein Fehler: In Formel (5) des Beiblatts, der Summationsformel über zwei Kugelflächenfunktionen (Punkt (ii) der Eigenschaften), muss tatsächlich eine der beiden Ylm komplex konjugiert werden. Im eingelinkten Beiblatt ist der Fehler korrigiert. Entschuldigung.	[2, Kap. 1.7-1.10], [3, Kap. 7], [4, Kap. 2.3.1-3,2.3.5] Kugelflächenfunktionen [2, Kap. 3.5-6], [M2, Kap. 12.4-6, 12.8]	4. Übungsblatt Beiblatt Kugelfächen- funktionen Lösungsvorschlag
15.11.05	Lösung der Radialgleichung (fs.); Kartesische und Sphärische Multipolmomente von Ladungsverteilungen, Potentialen, Feldern	[1, Kap. 40-42], [4, Kap. 2.3]	5. Übungsblatt Lösungsvorschlag
22.11.05	Sphärische Multipolmomente Magnetostatik Biot-Savart'sches Gesetz	siehe oben; [1, Kap. 43], [3, Kap. 13-15]	6. Übungsblatt Lösungsvorschlag
29.11.05	Magnetischer Dipol ELektrodynamik as relativistische Feldtheorie Wiederholung Relativistische Kinematik (Lorentz-Transformationen etc.)	siehe oben [1, Kap. 1-2], Mechanik-Vorlesung	7. Übungsblatt Lösungsvorschlag
6.12.05	Relativistische Kinematik (fs.), Relativistische Lagrangefunktion von Punktteilchen, Lorentz-Kraft	siehe oben [1, Kap. 3-9 und 15-17]	8. Übungsblatt Lösungsvorschlag
13.12.05	Feldstärketensor und Lorentztransformationen, Eichinvarianz, Homogene Maxwell-Gleichungen; Grundlagen der Lagrangemechanik für Felder	[1, Kap. 18, 23-26]	9. Übungsblatt Lösungsvorschlag
20.12.05	Euler-Lagrange Gliechungen für Felder; Lagrangedichte und Bewegungsgleichungen des elektromagnetischen Feldes	[1, Kap. 27-31]	10. Übungsblatt
10.01.06	Strahlende Systeme. Freies Strahlungsfeld, Polarisation	[1, Kap. 46-49], [4, Kap. 4.3.1-4 und 4.3.6-8]	11. Übungsblatt
17.01.06	Greensfunktion der Wellengleichung mit Quellen, retardierte Potentiale; Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen, Nahzone, Fernzone	[1, Kap. 62, 64, 66], [2, Kap. 6.2-4, 9.1], [4,4.5.1-2]	12. Übungsblatt (Besprechung in der Vorlesung am 07.02.06)
24.01.06	Langwellennäherung, elektrische und magnetische Dipolstrahlung, elektrische Quadrupolstrahlung	[1, Kap. 67,71,74], [4, Kap. 4.5.2-4]	13. Übungsblatt
31.01.06	Qualitative Diskussion höherer Multipole, Strahlungsleistung von Multipolen abschätzen; Streuung elektromagnetischer Wellen, Thomson und Raleigh-Effekt	genaue Multipolzerlegung: [2, Kap. 9.6-10]; [2, Kap. 9.11]; [1, Kap. 78-80], [2, Kap. 10.1-2], [3, Kap. 25]	14. Übungsblatt
07.02.06	Vorlesung ausnahmsweise in SR 02.779 (Theorie II), gleiche Zeit. Jenseits der "klassischen" Elektrodynamik: Aharonov-Bohm Effekt, Magnetischer Monopol und Co.	[2, Kap. 6.11-12; weiterführende Vorlesungen]

Literatur

Mathematische Ergänzungen:

• [M1] S. Großmann: Mathematischer Einführungskurs für die Physik; Teubner, 24.95 Euro.
• [M2] G.B. Arfken and H.J. Weber: Mathematical Methods for Physicists, 4th edition; Academic Press, weniger als 40 Euro

Zur Elektrodynamik:

• [1] L.D. Landau und E.M. Lifschitz: Klassische Feldtheorie [Lehrbuch der Theoretischen Physik, Band II]; Harri Deutsch, 34.80 Euro. Beste Darstellung, aber hartes Brot. Unverzichtbar für Theoretiker; die zweite Hälfte des Bandes ist nicht vorlesungsrelevant.
• [2] J.D. Jackson: Klassische Elektrodynamik, 3. Auflage; W. de Gruyter, 68 Euro. Ca. 15 € billiger im englischen Original bei John Wiley: Gute Englischübung. Der unverzichtbare Klassiker.
• [3] T. Fließbach: Elektrodynamik [Lehrbuch zur Theoretischen Physik, Band II]; Spektrum, 24,95 Euro. Gut zum Einstieg.
• [4] W. Nolting: Elektrodynamik [Grundkurs: Theoretische Physik, Band 3]; Springer, 39.95 Euro. Gut zum Einstieg.