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Elektrodynamik

Elektrodynamik und Elektrotechnik, im engeren Sinne die Lehre von den durch bewegte elektrische Ladungen hervorgerufenen Erscheinungen, im Gegensatz zur Elektrostatik, im weiteren Sinne die gesamte Theorie der Elektrizität und des Magnetismus (Elektromagnetismus). Alle elektromagnetischen Erscheinungen können aus den vier Maxwell-Gleichungen abgeleitet werden. Diese können im Gegensatz zu den Newtonschen Axiomen der klassischen Mechanik durch eine geeignete Eichung (Eichtransformation) in kovariante Form gebracht werden, d.h. sie ändern dann bei einer Lorentz-Transformation ihre Form nicht. Daher ist die Elektrodynamik mit der Speziellen Relativitätstheorie verträglich (kovariante Formulierung der Elektrodynamik). Eine überaus wichtige Konsequenz der Maxwell-Gleichungen ist die Existenz von elektromagnetischen Wellen, zu denen neben den Radio- und Mikrowellen das sichtbare Licht und die Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlung gehören (elektromagnetisches Spektrum, Abb.).

Die Elektrodynamik im engeren Sinne kann in drei Gebiete eingeteilt werden:

1) Stationäre Ströme und ihre zeitlich konstanten elektrischen und magnetischen Felder;

2) Quasistationäre Ströme und ihre Felder, deren zeitliche Änderung so gering ist, dass die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Felder c (d.h. die Lichtgeschwindigkeit) vernachlässigt werden kann. Dies ist auf jeden Fall für Wechselströme mit Freqzenzen n £ 1 kHz immer erfüllt, weil dort die Wellenlänge l immer gross gegen die Geräteabmessungen ist (bei 1 kHz ist l » 300 km);

3) Schnell veränderliche elektromagnetische Felder, bei denen der endliche Wert von c berücksichtigt werden muss (Hochfrequenztechnik). Hierzu gehört auch deren Ausbreitung in Materie, deren charakteristische Grössen Dielektrizitätskonstante, magnetische Permeabilität und elektrische Leitfähigkeit dann komplexe Werte annehmen (komplexe Grössen in der Elektrodynamik).

Die Elektrodynamik ist eine klassische Theorie, d.h. sie beschreibt nicht die Erscheinungen im atomaren und subatomaren Bereich; dafür sind die Quantenelektrodynamik und die Quantenchromodynamik zuständig.

Elektrodynamik

Elektrodynamik: Spektrum elektromagnetischer Wellen. Der sichtbare Teil ist zur Verdeutlichung rechts herausvergrössert.

 

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