Dieses Kapitel ist der Elektrodynamik und Optik gewidmet. Anhand einer Reihe von elektrostatischen Problemstellungen werden Methoden zur Lösung partieller Differentialgleichungen diskutiert. Für Multipolfelder sowie eine Ladung in einem Faradaykäfig wird die Berechnung von Feldlinien und Äquipotentiallinien vorgeführt. Die Entwicklung nach Eigenfunktionen wird für eine geerdete Schachtel demonstriert, auf deren Deckel eine Potentialverteilung vorgegeben ist. Als allgemeinste Methode wird die Finite-Differenzen-Methode auf die Berechnung der Feldverteilung eines Plattenkondensators in zwei Dimensionen angewandt. Für zwei verschränkte Kreisströme wird die Form der Feldlinien berechnet und dabei die Brücke zu nicht integrablen Systemen in Kapitel 2 geschlagen. Als optisches Problem wird die Ausbreitung eines Lichtstrahls in einem inhomogenen Medium mit Hilfe zweier Methoden untersucht. Das Fermat’sche Prinzip führt zunächst auf ein Optimierungsproblem, das direkt numerisch oder durch Behandlung des Randwertproblems der zugehörigen Euler-Lagrange-Gleichung gelöst werden kann.

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Elektrodynamik und Optik

  • Harald Wiedemann,
  • Gert-Ludwig Ingold

摘要

Dieses Kapitel ist der Elektrodynamik und Optik gewidmet. Anhand einer Reihe von elektrostatischen Problemstellungen werden Methoden zur Lösung partieller Differentialgleichungen diskutiert. Für Multipolfelder sowie eine Ladung in einem Faradaykäfig wird die Berechnung von Feldlinien und Äquipotentiallinien vorgeführt. Die Entwicklung nach Eigenfunktionen wird für eine geerdete Schachtel demonstriert, auf deren Deckel eine Potentialverteilung vorgegeben ist. Als allgemeinste Methode wird die Finite-Differenzen-Methode auf die Berechnung der Feldverteilung eines Plattenkondensators in zwei Dimensionen angewandt. Für zwei verschränkte Kreisströme wird die Form der Feldlinien berechnet und dabei die Brücke zu nicht integrablen Systemen in Kapitel 2 geschlagen. Als optisches Problem wird die Ausbreitung eines Lichtstrahls in einem inhomogenen Medium mit Hilfe zweier Methoden untersucht. Das Fermat’sche Prinzip führt zunächst auf ein Optimierungsproblem, das direkt numerisch oder durch Behandlung des Randwertproblems der zugehörigen Euler-Lagrange-Gleichung gelöst werden kann.