Aufgabensammlung Elektrodynamik

Zweite Auflage
2. Auflage 2025
ISBN: 978-3-527-41359-1
Verlag: Wiley-VCH GmbH

Buch, Deutsch, 560 Seiten, Format (B × H): 171 mm x 243 mm, Gewicht: 1066 g

Perfekt zur Vorbereitung auf Klausuren und Prüfungen: Die "Aufgabensammlung Elektrodynamik" enthält mehr als 800 Aufgaben zur klassischen Elektrodynamik und mehr als 200 Aufgaben zu deren speziell-relativistischen Aspekten mit ausführlichen Lösungen. Die Aufgabensammlung ist unabhängig von einem speziellen Lehrbuch nutzbar, denn jedes Kapitel beginnt mit einer kurzen Einführung ins jeweilige Teilgebiet der Elektrodynamik. Sämtliche Aufgaben und Lösungen sind konsequent im SI-System formuliert.
 
Aus dem Inhalt:
 
Mathematische Methoden der Elektrodynamik
Die Elektromagnetischen Erscheinungen im Vakuum
Spezielle Relativitätstheorie
Relativistische Mechanik
Strahlung und Streuung elektromagnetischer Wellen
Grundlagen der Quantentheorie der Strahlung und Streuung von Photonen
Elektrostatik von Leitern und Isolatoren
Magnetostatik
Die Gleichungen des elektromagnetischen Feldes in Medien
Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
Emission schneller Teilchen

Autoren/Hrsg.

Toptygin, Igor N.

Batygin, Vladimir V.

Weitere Mitwirkende

Diestelhorst, Martin

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektrotechnik
• Naturwissenschaften Physik Physik Allgemein Theoretische Physik, Mathematische Physik, Computerphysik
• Naturwissenschaften Chemie Physikalische Chemie Elektrochemie, Magnetochemie

Inhaltsverzeichnis

KAPITEL 1. MATHEMATISCHE METHODEN DER ELEKTRODYNAMIK
Vektor- und Tensoralgebra
Vektoranalysis
Spezielle Funktionen der mathematischen Physik
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 2. DIE ELEKTROMAGNETISCHEN ERSCHEINUNGEN IM VAKUUM
Elektrostatik
Magnetostatik
Maxwellsche Gleichungen
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 3. SPEZIELLE RELATIVITÄTSTHEORIE
Die Relativitätsprinzip und die Lorentz-Transformation
Vierdimensionale Vektoren und Tensoren
Gleichungen der Elektrodynamik
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 4. RELATIVISTISCHE MECHANIK
Kinematik relativistischer Teilchen
Bewegung geladener Teilchen in elektromagnetischen Feldern
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 5 STRAHLUNG UND STREUUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN
Allgemeine Theorie. Strahlung nicht-relativistischer Systeme
Strahlung relativistischer Teilchen
Wechselwirkung geladener Teilchen mit Strahlung
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 6. GRUNDLAGEN DER QUANTENTHEORIE DER STRAHLUNG UND STREUUNG VON PHOTONEN
Quantentheorie des freien elektromagnetischen Feldes
Emission und Absorption von Licht durch Atome
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 7. ELEKTROSTATIK VON LEITERN UND ISOLATOREN
Polarisation im konstanten elektrischen Feld
Grundlegende Konzepte und Methoden der Elektrostatik
Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 8. MAGNETOSTATIK
Leitfähigkeit und Gleichstrom
Das stationäre Magnetfeld
Energie und Kraft in der Magnetostatik
Magnetische Eigenschaften von Supraleitern
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 9. DIE GLEICHUNGEN DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES IN GEGENWART VON MEDIEN
Maxwellsche Gleichungen und Materialgleichungen
Kausalitätsprinzip und Dispersionsbeziehungen
Energie im elektromagnetischen Wechselfeld
Magnetische Oszillationen und Magnetresonanz
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 10. AUSBREITUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN
Wellen in isotropen Medien
Reflexion und Brechung von Wellen
Ebene Wellen in anisotropen Medien
Streuung elektromagnetischer Wellen an makroskopischen Körpern
Kohärenz und Interferenz
Antworten und Lösungen
 
KAPITEL 11. EMISSION SCHNELLER TEILCHEN
Erzeugung von Eigenschwingungen
Strahlung in inhomogenen Medien
Antworten und Lösungen
Referenzen

Vorwort zur zweiten deutschen Auflage v

Vorwort zur vierten russischen Auflage vii

1 Mathematische Methoden der Elektrodynamik 1

1.1 Vektor- und Tensoralgebra 1

1.2 Vektoranalysis 9

1.3 Spezielle Funktionen der mathematischen Physik 14

1.3.1 Zylinderfunktionen 14

1.3.2 Kugelflächenfunktionen 18

1.3.3 Diracsche Delta-Funktion 20

1.3.4 Fouriertransformation 26

1.4 Antworten und Lösungen 27

2 Elektromagnetische Erscheinungen im Vakuum 39

2.1 Elektrostatik 39

2.2 Magnetostatik 48

2.3 Die Maxwellschen Gleichungen. Das freie elektromagnetische Feld 56

2.4 Antworten und Lösungen 64

3 Spezielle Relativitätstheorie 85

3.1 Relativitätsprinzip und Lorentz-Transformationen 85

3.2 Vierervektoren und Vierertensoren 98

3.2.1 Tensortransformationen 98

3.2.2 Duale Tensoren 99

3.3 Die Gleichungen der Elektrodynamik in vierdimensionaler Form 103

3.4 Antworten und Lösungen 107

4 Relativistische Mechanik 137

4.1 Kinematik relativistischer Teilchen 137

4.2 Bewegung geladener Teilchen in elektromagnetischen Feldern 151

4.3 Antworten und Lösungen 160

5 Emission und Streuung elektromagnetischer Wellen 205

5.1 Allgemeine Theorie. Strahlung von nichtrelativistischen Systemen 205

5.1.1 Hertzscher Vektor und Strahlung einer Antenne 208

5.2 Strahlung relativistischer Teilchen 215

5.2.1 Strahlung bei Teilchenstößen 218

5.2.2 Strahlung bei Zerfällen und Umwandlungen von Teilchen 219

5.3 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Strahlung 226

5.3.1 Die Kraft der Strahlungsdämpfung 226

5.3.2 Streuung elektromagnetischer Wellen durch Teilchen 229

5.4 Antworten und Lösungen 233

6 Grundlagen der Quantentheorie der Emission und Streuung von Photonen 277

6.1 Quantentheorie des freien elektromagnetischen Feldes 277

6.2 Emission und Absorption des Lichts durch Atome 284

6.3 Antworten und Lösungen 289

7 Elektrostatik der Leiter und Dielektrika 301

7.1 Polarisation der Materie im elektrischen Gleichfeld 301

7.2 Grundbegriffe und Methoden der Elektrostatik 306

7.3 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld 312

7.3.1 Energie und thermodynamische Potentiale 312

7.3.2 Kräfte 315

7.3.3 Der Spannungstensor 315

7.4 Antworten und Lösungen 318

8 Stationärer Strom und magnetisches Feld in Materie 339

8.1 Elektrische Leitfähigkeit und stationärer Strom 339

8.2 Magnetfeld in Materie 345

8.2.1 Gleichungen und Grenzbedingungen 345

8.2.2 Ferromagnetika und spontane Magnetisierung. Skalarpotential 346

8.3 Energie und Kräfte in der Magnetostatik 349

8.3.1 Thermodynamische Potentiale 349

8.3.2 Kräfte im Magnetfeld 352

8.4 Magnetische Eigenschaften von Supraleitern 355

8.4.1 Grundlegende experimentelle Befunde 355

8.4.2 Thermodynamik der Supraleiter 358

8.4.3 Phänomenologische Magnetostatik der Supraleiter 359

8.5 Antworten und Lösungen 362

9 Elektromagnetische Feldgleichungen in Materie 381

9.1 Maxwellsche Gleichungen und Materialgleichungen. Kausalitätsprinzip und Dispersionsrelationen 381

9.1.1 Maxwellsche Gleichungen 381

9.1.2 Kausalitätsprinzip 385

9.2 Energetische Beziehungen für elektromagnetische Wechselfelder 393

9.2.1 Dissipation der elektromagnetischen Energie 393

9.2.2 Feldenergie im transparenten dispersiven Medium 394

9.3 Magnetische Oszillationen und magnetische Resonanz 396

9.3.1 Paramagnetika 396

9.3.2 Ferromagnetika 397

9.4 Antworten und Lösungen 400

10 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen 419

10.1 Wellen in isotropen Medien. Reflexion und Brechung von Wellen 419

10.1.1 Eigenschwingungen in einem isotropen Medium 419

10.1.2 Gruppengeschwindigkeit 420

10.1.3 Reflexion und Brechung von Wellen an der Grenze zweier Medien 422

10.1.4 Die Grenzbedingung von Leontowitsch 424

10.2 Ebene Wellen in anisotropen und gyrotropen Medien 430

10.2.1 Anisotrope Medien 430

10.2.2 Gyrotrope Medien 431

10.3 Streuung elektromagnetischer Wellen an makroskopischen Körpern. Beugung 435

10.4 Kohärenz und Interferenz 438

10.4.1 Korrelationstensor des Feldes. Kohärenzzeit und Kohärenzlänge 438

10.4.2 Einfluss der zeitlichen und räumlichen Kohärenz auf die Interferenz von Wellen 441

10.4.3 Gegenseitige Kohärenzfunktion und Interferenzkontrast 444

10.4.4 Das Konzept der Holographie 447

10.5 Antworten und Lösungen 453

11 Strahlung schneller Teilchen in Materie 483

11.1 Erzeugung von Eigenschwingungen durch einen gegebenen Strom in homogenen Medien 483

11.1.1 Einführung 483

11.1.2 Berechnung der von einem gegebenen Strom erzeugten Feldenergie 484

11.1.3 Dispersionsrelationen für Eigenmoden 485

11.1.4 Spektrale Strahlungsdichte 487

11.2 Strahlung in inhomogenen Medien 494

11.2.1 Übergangsstrahlung 494

11.2.2 Übergangsstrahlung von Oberflächenwellen 498

11.2.3 Polarisationsbremsstrahlung 499

11.3 Antworten und Lösungen 502

Literaturnachweis 519

Stichwortverzeichnis 527

Über Autor(innen)

Igor N. Toptygin ist Professor im Institut für Theoretische Physik an der Staatlichen Polytechnischen Universität in Sankt Petersburg, Russland. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Astrophysik und der Quantenelektrodynamik. Professor Toptygin ist Autor zahlreicher Lehrbücher zur Theoretischen Physik, die von ihm in russischer und englischer Sprache im Original veröffentlicht und ebenfalls in Übersetzungen in deutscher Sprache erschienen sind.
 
Vladimir V. Batygin war Professor im Institut für Theoretische Physik an der Staatlichen Polytechnischen Universität in Sankt Petersburg, Russland.