Physik-LK · Skript PL3 · Elektrizitätslehre

Maxwell-Gleichungen im Überblick

James Clerk Maxwell fasste 1864 die gesamte Elektrodynamik in vier Gleichungen zusammen. Hier geht es nur um ihre Aussagen, nicht um die mathematische Form: Woher kommen elektrische und magnetische Felder, und wie erzeugen sie sich gegenseitig?

So gehst du vor

1Tippe auf eine Aussage. Darunter erscheint ihr Bild.
2Aussagen 1 und 2: Ziehe die gestrichelte Hülle und zähle, wie viele Feldlinien heraus- und hineingehen.
3Aussagen 3 und 4: Schalte das automatische Wechseln aus und ziehe den Regler, schnell und langsam.
4Welle: Lasse den Sender laufen, ziehe selbst am roten Griff und schalte die Aussagen 3 und 4 einzeln aus.

1. Gaußsches Gesetz (elektrisch)

Ladungen

Größe der Hülle

4,0

Linien aus der Hülle heraus: 8

Linien in die Hülle hinein: 0

Mehr Linien heraus: In der Hülle steckt positive Ladung.

Ziehe die Hülle. Rot sind die elektrischen Feldlinien. Liegt eine Ladung genau auf der Hülle, ist die Zählung nicht eindeutig.

Aufträge

Aussage 1, plus und minus: Lege die Hülle um die positive Ladung, um die negative und um beide. Was zählst du jeweils? Warum geht es auch mit einer Hülle ohne Ladung auf?
Aussage 2: Lege die Hülle nur um den Nordpol. Was erwartest du nach Aussage 1, was zählst du? Schneide den Magneten durch. Warum lässt sich so kein einzelner Nordpol gewinnen?
Aussage 3: Halte B groß und fest, dann klein und schnell ändernd. Wann ist das Wirbelfeld stark? Wo steht es zeitlich, wenn B am größten ist?
Worin unterscheiden sich die Feldlinien eines elektrischen Felds um Ladungen (Aussage 1) und eines elektrischen Wirbelfelds (Aussage 3)? Welches Gerät nutzt Aussage 3?
Aussage 4: Beim Laden eines Kondensators fließt im Draht ein Strom, zwischen den Platten nicht. Trotzdem ist auch um den Spalt ein Magnetfeld. Warum?
Welle: Sende einen Stoß. Schalte dann Aussage 4 aus und sende wieder. Was fehlt? Beschreibe die Kette mit eigenen Worten.
Maxwell berechnete aus ε₀ und μ₀ eine Geschwindigkeit. Warum war das ein Durchbruch? Welche Größen sind hier ganz ohne Optik gemessen worden?

Theorie: Elektrizitätslehre-Skript, Abschnitte „Die Maxwell-Gleichungen im Überblick“ und „Eigenschaften elektromagnetischer Wellen“. Verlangt sind die Aussagen, nicht die mathematische Form.