Elektromagnetische Wellen

1 Mechanische Querwellen.- 1.1 Momentanbilder und Zeitverläufe.- 1.2 Mathematische Beschreibung der Wellenbilder.- 1.3 Einmalige Vorgänge, Pulse.- 2 Elektrische und Magnetische Felder.- 2.1 Elektrostatik.- 2.1.1 Coulombkraft und weitere Kräfte.- 2.1.2 Elektrische Feldstärke E, Spannung U und Potential ?.- 2.1.3 Coulombscher Dipol, elektrisches Dipolmoment p.- 2.1.4 Ladung Q, elektrischer Fluß ? Pund elektrische Flußdichte D.- 2.1.5 Ladungsbelag ?, Ladungsbedecktung ? und Raumladung ?.- 2.1.6 Permittivität ? und elektrische Polarisation Pe.- 2.1.7 Atomare Polarisation.- 2.1.8 Brechungsgesetze an Grenzflächen der Permittivität.- 2.1.9 Kapazität C.- 2.1.10 Energiedichte ?e und Energie We.- 2.2 Elektrodynamik.- 2.2.1 Stromstärke i und Stromdichte s des Strömungsfelds.- 2.2.2 Elektrische Leitfähigkeit ? und Beweglichkeit ?.- 2.2.3 Brechungsgesetze an Grenzflächen der Leitfähigkeit.- 2.2.4 Ohmscher Leitwert G und Widerstand R, Ohmsches Gesetz.- 2.2.5 Energiedichte ?s, Energie ws und Leistung p.- 2.2.6 Verschiebungsstromstärke iV und -dichte sV.- 2.3 Ampèrescher Magnetismus.- 2.3.1 Magnetische Kraft fm zwischen stromdurchflossenen Leitern.- 2.3.2 Magnetische Kraft fm zwischen bewegten Punktladungen.- 2.3.3 Magnetische Flußdichte b.- 2.3.4 Lorentzkraft fL.- 2.3.5 Magnetischer Dipol, magnetisches Moment m.- 2.3.6 Magnetischer Fluß ø und Spulenfluß ?.- 2.3.7 Magnetische Feldstärke h, Gesetz von Biot-Savart.- 2.3.8 Magnetische Spannung v.- 2.3.9 Permeabilität ? und magnetische Polarisation pm.- 2.3.10 Durchflutungsgesetz.- 2.3.11 Brechungsgesetze an Grenzflächen der Permeabilität.- 2.3.12 Magnetischer Leitwert ? und magnetischer Widerstand Rm.- 2.4 Faradayscher Magnetismus.- 2.4.1 Bewegungsinduktion.- 2.4.2 Transformatorische Induktion.- 2.4.3 Gegeninduktion, Lenzsche Regel.- 2.4.4 Das Faradaysche Induktionsgesetz.- 2.4.5 (Selbst-)Induktivität L.- 2.4.6 Gegeninduktivität M, Transformatorgleichungen.- 2.4.7 Energiedichte ?m und Energie wm.- 3 Elektromagnetische Wellenfelder.- 3.1 Maxwellgleichungen und Poyntbvgvektor.- 3.1.1 Durchflutungsgesetz.- 3.1.2 Induktionsgesetz.- 3.1.3 Gaußscher Satz der Elektrostatik, Poisson/Laplacegleichung.- 3.1.4 Quellenfreiheit der Induktion, Vektorpotential am.- 3.1.5 Kontinuitätsgleichung, Ladungserhaltung.- 3.1.6 Poyntingvektor ?.- 3.2 Wellen bei beliebiger Anregung.- 3.2.1 Wellengleichung für beliebige Zeitanregung.- 3.2.1.1 Komponentendarstellung.- 3.2.1.2 Vektordarstellung.- 3.2.2 Lösung der Wellengleichung für beliebige Zeitabhängigkeit.- 3.2.3 Wellengeschwindigkeit v.- 3.2.4 Hinlaufende und rücklaufende Wellen.- 3.2.5 Feldwellenwiderstand ?.- 3.2.6 Polarisation.- 3.2.7 Poyntingvektor ?.- 3.3 Wellen bei sinusförmiger Anregung.- 3.3.1 Räumliche Wellenausbreitung.- 3.3.2 Komplexe Darstellung sinusförmiger Wellen.- 3.3.3 Komplexe Darstellung der Maxwellgleichungen und der Wellengleichung.- 3.3.4 Lösung der Wellengleichung bei sinusförmiger Anregung.- 3.3.5 Ausbreitungskonstante y und abgeleitete Größen (?, ?, ?).- 3.3.6 Geschwindigkeit v und Laufzeit ?.- 3.3.6.1 Wellenlängen ?.- 3.3.6.2 Phasengeschwindigkeit vø und Phasenlaufzeit ?ø.- 3.3.6.3 Gruppengeschwindigkeit vG und Gruppenlaufzeit ?G.- 3.3.6.4 Gruppenlaufzeitstreuung M.- 3.3.7 Feldwellenwiderstand ?.- 3.3.8 Hertzscher Dipol und Anwendungen.- 3.3.8.1 Antennengrundstruktur.- 3.3.8.2 Anwendungen in der Atomphysik und Kosmologie.- 3.3.9 Diskussion verschiedener Materialeigenschanen.- 3.3.9.1 Ohmsche Grenzfrequenz.- 3.3.9.2 Relaxationszeit ?.- 3.3.9.3 Eigenschaften schwach leitfähiger Dielektrika.- 3.3.9.4 Eigenschaften gut leitfähiger Medien.- 3.3.9.5 Dielektrische Verluste.- 3.3.10 Polarisation.- 3.3.11 Reflexion und Transmission an Trennflächen.- 3.3.11.1 Normaleinfall.- 3.3.11.2 Schräger Einfall.- 3.3.12 Skineffekt.- 3.3.12.1 Ebene Trennfläche ohne innere Reflexion.- 3.3.12.2 Oberflächenwellen.- 3.3.12.3 Skineffekt bei Drähten.- 3.3.13 Zeitgemitteiter Poyntingvektor P.- 3.3.13.1 Komplexe Darstellung.- 3.3.13.2 Mittlere Leistung P.- 3.4 Ergänzende Aufgaben zum Gesamtthema.- 4 Elektromagnetische Wellen Auf Leitungen.- 4.1 Leitungsarten.- 4.1.1 Parallelplattenleitung.- 4.1.2 Bandleitung.- 4.1.3 Paralleldrahtleitung.- 4.1.4 Koaxialleitung.- 4.2 Leitungstheorie für Wellen bei beliebiger Anregung.- 4.2.1 Differentielles Leitungselement.- 4.2.2 Telegrafengleichung, Lösungen und Wellenparameter.- 4.3 Leitungstheorie für Wellen sinusförmiger Anregung.- 4.3.1 Telegrafengleichung.- 4.3.2 Lösung der Telegrafengleichung, Leitungsweilenwiderstand ZL, Übertragungsmaß g.- 4.3.3 Verlustlose Leitung.- 4.3.4 Verlustarme Leitung.- 4.3.5 Reflexionsfaktor r.- 4.3.6 Leitungsgleichungen.- 4.3.7 Eingangswiderstand Zl und Leitungswiderstand Z(z).- 4.3.8 Wellenfunktionen bei Anpassung, Leerlaufund Kurzschluß.- 4.3.9 Welligkeit s und Anpassungsfaktor m bei Fehlanpassung.- 4.4 Pulse und Transienten.- 4.4.1 Einschalten einer Gleichspannung.- 4.4.2 Pulse bei Kurzschluß, Leerlauf und Anpassung.- 4.4.3 Pulse bei Fehlanpassung.- 4.5 Leitungsberechnungen mit PSpice.- 5 Wellenleiter.- 5.1 Spezifikation des Rechteckhohlleiters.- 5.2 Maxwellgleichungen für den Rechteckhohlleiter.- 5.3 E(m,n)- oder TM(m,n)-Wellen.- 5.3.1 Grenzfrequenz fc und Grenzwellenlänge ?c.- 5.3.2 Bestimmung aller Feldkomponenten, Feldwellenwiderstand.- 5.3.3 Wellen- und Feldlinienbilder.- 5.3.4 Phasengeschwindigkeit vø und Gruppengeschwindigkeit vG.- 5.4 H(m,n)- oder TE(m,n)-Wellen.- 5.4.1 H(1,0)- oder TE(1,0)-Welle.- 5.4.2 Wellen- und Feldlinienbilder.- 5.4.3 Dämpfimg durch Wandstromverluste.- 5.5 Hohlleiter mit kreisrundem Querschnitt.- 5.6 Lichtwellenleiter.- 5.6.1 Fasertypen und Dispersionseigenschaften.- 5.6.2 Feldverläufe.- 5.6.3 Dämpfung.- Lösungen zu den Übungsaufgaben.- Mathematische Formelsammlung.- Physikalische Formelsammlung.- Konstanten und Materialgrößen.- Sach- und Abkürzungsverzeichnis.