Elektromagnetische Felder und Wellen

Inhalt

So wie die klassische Mechanik auf den Newtonschen Gesetzen beruht, so nehmen die Maxwell-Gleichungen in der Elektrodynamik die Rolle der fundamentalen Basispostulate ein. Die gesamte Vielfalt der elektromagnetischen Phänomene lässt sich auf diese Gleichungen zurückführen. Die Maxwellschen Gleichungen haben deshalb eine zentrale Bedeutung für das Verständnis der Hochfrequenztechnik (Antennen, Wellenleiter) und sind Grundlage der klassischen Optik.

In der Vorlesung wird zunächst eine induktive Vorgehensweise gewählt, d.h. die Maxwell-Gleichungen werden nicht a priori als Grundpostulate an den Anfang gestellt, vielmehr werden ausgehend von experimentellen Gegebenheiten wie dem Coulomb-Gesetz, dem Biot-Savartschen-Gesetz und dem Induktionsgesetz die Maxwell-Gesetze Schritt für Schritt hergeleitet. Nacheinander werden dazu die Elektrostatik, die Magnetostatik und zuletzt die Elektrodynamik behandelt. Weitere Themen widmen sich der Beschreibung von Materie in elektromagnetischen Feldern, dem Verhalten von Feldvektoren auf Grenzflächen sowie einigen mathematischen Verfahren zur Berechnung von Feldverteilungen.

Nachdem die Maxwell-Gleichungen nun hergeleitet sind, wird zur Beschreibung der elektromagnetischen Wellen eine deduktive Vorgehensweise gewählt. Hierbei werden die Maxwell-Gleichungen an den Anfang gestellt und daraus die wichtigsten Wellenphänomene hergeleitet. Behandelt werden die Wellengleichungen, das Reflexions- und Brechungsgesetz der Optik, Polarisationseffekte, Dispersionseffekte, die Wellenausbreitung in Materie sowie die Telegraphengleichung. Zum Schluss der Vorlesung wird für interessierte Studenten ein kleiner Einstieg in die Relativitätstheorie präsentiert, dieser ist jedoch nicht prüfungsrelevant.

Prüfungen

Je nach Anzahl der Prüfungskandidaten wird am Beginn einer Vorlesung festgelegt, ob die Prüfung mündlich oder schriftlich erfolgt.

Schriftliche Prüfung

Schriftliche Prüfungen werden zwei mal im Jahr angeboten: Jeweils im Prüfungszeitraum am Ende der Vorlesungszeit des Sommersemesters und am Anfang des Wintersemesters.

Die Aufgaben in der schriftlichen Prüfung müssen innerhalb von 120 Minuten gelöst werden. Es sind nur handgeschriebene Unterlagen (keine Kopie!) zugelassen. Die Unterlagen müssen in einem Ordner, Schnellhefter oder Heft gebündelt sein.

Die Prüfung ist mit 4.0 bestanden, wenn etwa 30% der Aufgaben gelöst sind, eine 1.0 gibt es ab etwa 65%. Die vorgesehene Bearbeitungszeit für alle Aufgaben überschreitet das Zeitlimit (Reserve für Black-Out).

Mündliche Prüfung

Die Prüfung findet bei Prof. Unger im Büro (Raum 45.2.230) statt. Es sind keine Unterlagen zugelassen. Die Prüfungskandidaten erhalten drei Aufgaben aus verschiedenen Themengebieten, die sie an Hand ihres bisher erworbenen Wissens nicht unbedingt lösen können. Sie müssen einen möglichen Lösungsweg mit Begründung präsentieren. Der Weg und möglichen Einschränkungen werden diskutiert. Die vergeben Note richtet sich nach der gezeigten Methodenkompetenz (Analysefähigkeit, Kreativität, Denken in Zusammenhängen, Abstraktes und vernetztes Denken, nicht Rhetorik!) im Umgang mit der möglichen Lösung der Aufgaben.

Übung

Leitung: Jürgen Mähnß

Die Übungen finden am Dienstag 14:00-16:00 Uhr statt.

Aufgaben und Lösungen zur Übung finden sich im Lernmanagementsystem MOODLE

Aufgabensammlung zum Selbststudium

Tutorium

Leitung: Jakob Hirlinger-Alexander

Das Tutorium wird an drei Terminen in der Woche angeboten:
Montag 12:00-14:00 Uhr
Dienstag 14:00-16:00
Mittwoch 12:00-14:00 Uhr

Aufgaben und Lösungen zum Tutorium finden sich im Lernmanagementsystem MOODLE

Zusatzveranstaltungen

Dozent: Jürgen Mähnß

Weitere Informationen

Sprache und Umfang

Deutsch

V 2, Ü 2, T 2 (8 credits)

Kursnummern 2020

Vorlesung/Übung: ENGFN 70384

Tutorium: ENGFN 70384.2

Zusatzvorlesung: ENGFN 70384.1

Prüfungtermine

Aufgrund der COVID19-Pandemie werden die Präsenzklausuren in großen Räumen angeboten, um den Mindestabstand zu gewährleisten. Auch die Regeln zum Ablauf haben sich deutlich gegenüber den Vorjahren verändert.

Termine:

4.8.2020  von 8:00 bis 11:30 Uhr in H45.2
5.10.2020 von 8:00 bis 11:30 Uhr in 47.0.501

Alte Klausuren