ElektrizitÃ¤t und Magnetismus - Physik-Institut - UniversitÃ¤t ZÃ¼rich

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B Grössen und Einheiten der Physik 87 B.1 Grössenart, Dimension, Einheitensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 B.1.1 Grösse und Zahlenwert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 B.1.2 Grössenart und Dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 B.1.3 Grössengleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 B.1.4 Winkel und Raumwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 B.1.5 Wahl der Basisgrössen in Einheitensystemen . . . . . . . . . . . . . 88 B.2 SI-Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 B.2.1 Von den SI-Einheiten abgeleitete Einheiten z.T. mit speziellen Namen 91 B.2.2 Verschiedene Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 B.2.3 Vorsilben der Dezimalteilung von Einheiten . . . . . . . . . . . . . 93 B.3 Astronomische Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 C Mathematische Hilfsmittel 94 C.1 Mathematische Formelsammlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 C.1.1 Trigonometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 C.1.2 Komplexe Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 C.1.3 Hyperbolische Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 C.1.4 Inverse Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 C.1.5 Ableitungen und unbestimmte elementare Integrale . . . . . . . . . 95 C.1.6 Einige bestimmte Integrale, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 C.1.7 Reihenentwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 C.2 Zusammenstellung von Differentialgleichungen in Physik A . . . . . . . . . 97 C.3 Vektorgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 C.4 Theoreme aus der Vektorrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 C.5 Explizite Formen von Vektoroperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 iii
Elektrizität und Magnetismus 1 Einführende Bemerkungen In der Elektrizitätslehre befassen wir uns mit Phänomenen, die nicht mehr wie in der Mechanik anschaulich fassbar sind. Eine Masse können wir sehen und anheben; eine Ladung können wir nur durch ihre Wirkung in einer Messung erfassen. Früher waren die drei Gebiete Elektrizitätslehre, Magnetismus und die Optik völlig getrennt und standen nebeneinander. Heute sind die elektrischen und die magnetischen Felder und damit auch die Optik in der Maxwell’schen Theorie vereinigt. Die Erscheinungen und Beobachtungen machen uns zunächst Schwierigkeiten im Verständnis, anderseits ist eine Vereinigung verschiedenster Phänomene in einer gemeinsamen einheitlichen Theorie das Ziel der Physik, wie dies vor allem die Teilchenphysik verfolgt. Von den vier uns bekannten fundamentalen Wechselwirkungen der Gravitation, der elektromagnetischen Wechselwirkung, der schwachen Wechselwirkung und der starken Wechselwirkung der Quarks, sind bisher nur die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zur elektroschwachen Wechselwirkung vereinigt. Die Vereinigung mit den anderen beiden Wechselwirkungen ist ein wesentliches Fernziel der theoretischen und experimentellen Teilchenphysik (vgl. Physik AI Kap.2.4). Elektromagnetische Erscheinungen und ihre Gesetze beeinflussen, wie auch die Mechanik, einen grossen Teil unseres täglichen - nicht nur des technischen - Lebens. Ich werde wie auch in Physik AI versuchen, die grundsätzlichen Gesetze anhand von Versuchen herauszuarbeiten, um damit das prinzipielle Verstehen der Gesetzmässigkeiten aufzubauen. Wir sind dann natürlich immer noch weit davon entfernt, detaillierte und auch technische Fragen zu lösen, wie z.B. die genaue Berechnung eines Generators oder einer elektronischen Schaltung. Mit einfachen Mitteln können Körper in Zustände gebracht werden, in denen sie Kräfte aufeinander ausüben, die auf nichtmechanische Eigenschaften der Materie hindeuten. Werden z.B. gewisse Materialien aneinander gerieben, so können die daraus resultierenden Kräfte von so bedeutender Stärke sein, dass sich deren Wirkungen direkt beobachten lassen. Man nennt solche Körper elektrisch geladen, oder als Postulat: sie tragen eine elektische Ladung. Solche Materialien sind einfachste Ladungsquellen. Wird ein Körper mit einer Ladungsquelle in Berührung gebracht, so wird dieser ebenfalls geladen. Gewisse Substanzen, insbesondere Metalle, haben ferner die Fähigkeit, elektrische Ladungen durch Leitung von einem auf einen anderen zu übertragen. Ladung kann somit fliessen; . Für elektrische Ladungen gilt: ein elektrischer Strom ist bewegte Ladung • Erhaltung der Ladung: Die Summe der elektrischen Ladungen ist unter Berücksichtigung der Vorzeichen in einem abgeschlossenen System streng erhalten. Dies ist der vierte streng erfüllte Erhaltungssatz der Physik. Er wird in der Quantenelektrodynamik mit der Eichinvarianz begründet. • Quantisierung der Ladung: Jede elektrische Ladung Q ist ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung e = 1.60217733(49) · 10 −19 Cb (vgl. auch Tabelle 1). 1
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Seite 25 und 26: +Q V 1 R 1 R 2 -Q l V 2 Mit dem Gau
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Seite 31 und 32: ❥H Polare Moleküle H 2 O HCl ✘
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differentielle Form des Ampère’s
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schen und magnetischen Dipolen denk
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des Wien’schen Filters Kap.4.2.5)
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Kräfte zurückgeführt werden. Die
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Schliesslich verknüpfen wir die Gl
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thermische Bewegung wirkt gegen die
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M M i Also wird M i = − l d H i u
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Das Produkt vl kann durch die Ände
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eides zusammen hervorgerufen wird.
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Magnet Gl. (64) und (65) ergeben di
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R ist die Dämpfung sehr schwach.
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Als Beispiel berechnen wir die Selb
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Wir untersuchen zwei verschiedene A
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+ − R V ≀ Start 1 ≀ ≀≀
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I V A I A t t t Man kann jedoch dur
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[Kap. 7.4] hergeleitete Formel für
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mit V eff = V ◦ √ 2 ; I eff = I
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Integralform Differentialform (76)
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B Grössen und Einheiten der Physik
Seite 93 und 94:
η= Arbeit/Wärme]. 3. Reziproke Gr
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eines schwarzen Strahlers bei der T
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B.2.3 Vorsilben der Dezimalteilung
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C.1.5 Ableitungen und unbestimmte e
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C.2 Zusammenstellung von Differenti
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Im folgenden ist S eine offene Flä
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Flussregel, 9 Freies-Elektronengas-
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