Theoretische Elektrodynamik für Lehramt Physik (SoSe 25)

Elektrische und magnetische Phänomene sind uns aus unserem Alltag überall bekannt. Die Beschreibung dieser Phänomene in der theoretischen Physik mit der Elektrodynamik ist dabei ein konzeptionell sehr wichtiger Baustein für die moderne Physik. Die Elektrodynamik war die erste vereinheitlichte Theorie, die verschiedene bekannte Phänomene mit einer gemeinsamen Beschreibung erklärt (elektrische Ladungen und Ströme, Magnete, und schließlich auch elektromagnetische Welle und Optik). Außerdem ist die Elektrodynamik das erste Beispiel einer Feldtheorie.

Wir werden zuerst die beiden Teilgebiete der Elektrostatik, also statische elektrische Felder von statischen elektrischen Ladungen, und der Magnetostatik, also statische magnetische Felder von statischen elektrischen Strömen und magnetischen Dipolen, betrachten. Bewaffnet mit einer Intuition für das Verhalten von elektrischen und magnetischen Feldern und deren mathematischer Beschreibung werden wir anschließend die Elektrodynamik, also sich verändernde elektrische und magnetische Felder, untersuchen. Dabei ist insbesondere wichtig, dass die beschreibenden Gleichungen, die Maxwell-Gleichungen, die Existenz elektromagnetischer Felder auch ohne explizite Quellen ermöglichen! Hier werden wir uns elektromagnetische Wellen und deren Ausbreitung anschauen. Schließlich werden wir die Verbindung der Elektrodynamik mit der Speziellen Relativitätstheorie betrachten.
 
Voraussetzung für die erfolgreiche Teilnahme und das Verständnis dieser Konzepte sind die mathematischen Grundlagen aus Rechenmethoden, insbesondere die Methoden der Vektoranalysis (vektorwertige Funktionen mehrerer Variablen; Gradient, Divergenz und Rotation; Integralsätze von Gauß und Stokes; Koordinatensysteme). Wir werden diese Konzepte nur sehr kurz wiederholen – ihr seid selbst dafür verantwortlich, in euren alten Aufzeichnungen nachzuschlagen und euer Wissen aufzufrischen!