Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 181
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
ausfließt“ (bzw. in ein Volumen hineinfließt), wird durch die Ladung erzeugt, die sich innerhalb des Volu-
mens befindet. Das elektrische Feld entsteht durch elektrische Monopole.
Gleichung (2):
Diese Gleichung sagt aus, dass ein magnetisches Feld keine Monopole besitzt. Feldlinien sind stets in sich
geschlossen, d.h. diejenigen Feldlinien, die durch eine geschlossene Oberfläche eines Volumens hineinflie-
ßen, müssen auch wieder aus diesem Volumen herausfließen.
Gleichung (3):
Diese Gleichung besagt, dass durch ein zeitlich sich änderndes Magnetfeld, welches eine Fläche A durch-
setzt, auf dem Rand δA der Fläche eine Spannung induziert wird. Das Minuszeichen in dieser Gleichung
beschreibt die Lenzsche Regel, d.h. die induzierte Spannung wirkt ihrer Ursache entgegen.
Gleichung (4)
Diese Gleichung besagt ohne Berücksichtigung der zeitlichen Änderung des elektrischen Feldes zunächst,
dass Magnetfelder, gemessen auf dem Rand einer Fläche, durch diejenigen Ströme erzeugt werden, die
durch diese Fläche hindurchfließen. Das Amperesche Gesetz gilt in dieser Form nur für durchgehende Strö-
me. Unterbrochene Ströme, wie z.B. in Kondensatoren, werden nicht berücksichtigt. Zusätzlich werden aber
auch magnetische Felder dadurch erzeugt, dass zeitlich veränderliche elektrische Felder einen Verschie-
bungsstrom bewirken.
Maxwellscher Verschiebungsstrom:
Der von Maxwell eingeführte Verschiebungsstrom kann anschaulich gemacht werden z.B. an einem Kon-
densator. Wird ein Kondensator aufgeladen, so fließt in dem Zuleitungsdraht der Ladestrom, In gleicher
Größe fließt dieser Ladestrom am anderen Anschluss des Kondensators wieder ab. Zwischen den Konden-
satorplatten ließt aber kein „echter“ Strom, da dort kein leitendes Material vorhanden ist.
Da der Strom, der in den Kondensator hinein fließt jedoch auch wieder herausfließt, kann formal zwischen
beiden Platten ebenfalls ein Strom eingeführt werden, der sogenannte Verschiebungsstrom. Da der Strom-
fluss auf beiden Platten durch die Influenz der Ladungen auf den Kondensatorplatten , d.h. durch das elekt-
rische Feld zwischen ihnen, zustande kommt, und sich ein Strom nur bei sich ändernder Ladungsdichte
fließt, kann formal die Änderung des elektrischen Flusses als Strom bezeichnet werden:
Verschiebungsstrom: I
V
= ε 0 ⋅
dΨ
dt
e
wobei Ψ e der elektrische Fluss zwischen beiden Kondensatorplatten ist.
Eine weiter Notwendigkeit zur Einführung des Verschiebungsstromes lässt sich folgendermaßen verdeutli-
chen: