Lehrbuch der Physik: zum Gebrauche beim Unterricht, bei akademischen Vorlesungen und zum Selbststudium Bd. 2. Elektrizitätslehre
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Leipzig
Teubner
1988
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GRIMSEHL LEHRBUCH DER PHYSIK BAND 2 ELEKTRIZITAETSLEHRE 21., KORRIGIERTE
AUFLAGE * MIT 531 ABBILDUNGEN BEGRUENDET VON PROF. E. GRIMSEHL, HAMBURG
WEITERGEFUEHRT VON PROF. DR. W. SCHALLREUTER, GREIFSWALD VOELLIG NEU
BEARBEITET VON PROF. DR. R. GRADEWALD, ROSTOCK S LEIPZIG BSB B. G.
TEUBNER VERLAGSGESELLSCHAFT 1988 INHALT 1. ALLGEMEINES ZU DEN
ELEKTROMAGNETISCHEN ERSCHEINUNGEN 13 1.1. ENTWICKLUNG DER
ELEKTRIZITAETSLEHRE 13 1.2. DER ELEKTRISCH GELADENE ZUSTAND DER STOFFE 13
1.3. MASSEINHEITEN DER ELEKTRIZITAETSLEHRE 14 2. DAS STATISCHE ELEKTRISCHE
FELD 16 2.1. DIE ELEKTRISCHE LADUNG 16 2.1.1. ERZEUGUNG DES ELEKTRISCH
GELADENEN ZUSTANDES 16 2.1.2. GRUNDEIGENSCHAFTEN DER ELEKTRISCHEN LADUNG
17 2.1.3. DAS COULOMBSCHE GESETZ 19 2.1.4. DIE ELEMENTARLADUNG 20 2.2.
DAS ELEKTROSTATISCHE FELD IM VAKUUM 21 2.2.1. FERNWIRKUNG UND NAHWIRKUNG
21 2.2.2. DAS ELEKTRISCHE FELD 21 2.2.3. DIE ELEKTRISCHE FELDSTAERKE 24
2.2.4. DER ELEKTRISCHE FELDFLUSS 25 2.2.5. ARBEIT IM ELEKTRISCHEN FELD 27
2.2.6. DAS ELEKTRISCHE POTENTIAL 29 2.2.7. SPEZIELLE FAELLE VON
FELDSTAERKE UND POTENTIAL 31 2.2.8. DIPOLE 33 2.2.9. DIE
POTENTIALGLEICHUNG 34 2.3. LEITER IM ELEKTROSTATISCHEN FELD 35 2.3.1.
FELDSTAERKE UND POTENTIAL IN LEITERN 35 2.3.2. DIE FLAECHENDICHTE DER
LADUNG 37 2.3.3. INFLUENZ 38 2.3.4. DIE KAPAZITAET 40 2.3.5.
KONDENSATOREN 41 2.3.6. SCHALTUNG VON KONDENSATOREN 42 2.3.7.
ELEKTROMETER 43 2.3.8. MESSUNG DER ELEMENTARLADUNG 46 2.4. DIELEKTRIKA
IM ELEKTROSTATISCHEN FELD 46 2.4.1. DIE RELATIVE
DIELEKTRIZITAETSKONSTANTE (DIELEKTRIZITAETSZAHL) . . . 46 2.4.2.
POLARISATION DES DIELEKTRIKUMS 48 2.4.3. DIE ELEKTRISCHE VERSCHIEBUNG 50
2.4.4. ERWEITERUNG DER ELEKTROSTATIK IM VAKUUM AUF DIELEKTRIKUM. . 51
2.4.5. FELDSTAERKE UND VERSCHIEBUNG IM DIELEKTRIKUM 52 2.4.6. BRECHUNG
DER FELDLINIEN 55 2.4.7. ENERGIEDICHTE UND KRAEFTE DES ELEKTROSTATISCHEN
FELDES . . . . 56 2.4.8. DIE MOLEKULAREN VORGAENGE BEI DER POLARISATION
DES DIELEKTRI- KUMS 58 2.4.9. DURCH POLARISATION HERVORGERUFENE EFFEKTE
62 2.4.10. KONDENSATOREN MIT DIELEKTRIKUM 66 3. DER STATIONAERE
ELEKTRISCHE STROM (GLEICHSTROM) 68 3.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 68 3.2.
DER ELEKTRISCHE WIDERSTAND 70 3.2.1. DAS OHMSCHE GESETZ 70 INHALT 7
3.2.2. ABHAENGIGKEIT DES WIDERSTANDES EINES LEITERS VON DEN ABMESSUNGEN
UND DEM LEITERMATERIAL 71 3.2.3. TEMPERATUREINFLUSS. 72 3.2.4. PRAKTISCHE
AUSFUEHRUNGSFORMEN VON WIDERSTAENDEN 74 3.3. STROEME IN EINFACHEN UND IN
VERZWEIGTEN STROMKREISEN 75 3.3.1. DIE KIRCHHOFFSCHEN REGELN 75 3.3.2.
SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN 78 3.3.3. MESSUNG DER URSPANNUNG 78
3.3.4. ANWENDUNG DES OHMSCHEN GESETZES ZUR SPANNUNGS- UND STROMMESSUNG
79 3.4. ELEKTRISCHE ARBEIT; STROMWAERME 80 3.4.1. ARBEIT UND LEISTUNG
ELEKTRISCHER STROEME 80 3.4.2. LEISTUNGSANPASSUNG 81 3.4.3. ANWENDUNGEN
DER STROMWAERME 81 3.5. ELEKTRONENKINETIK DES ELEKTRISCHEN STROMES 83
3.5.1. NACHWEIS DER *FREIEN ELEKTRONEN" 83 3.5.2. DER ELEKTRONENSTROM 84
3.5.3. DAS OHMSCHE GESETZ IN ALLGEMEINER FORM 85 3.5.4. SATZ VON DER
ERHALTUNG DER LADUNG 85 4. DAS ELEKTROMAGNETISCHE FELD 87 4.1.
MAGNETISCHE FELDER 87 4.1.1. FELDER DER PERMANENTMAGNETE 87 4.1.2. EISEN
IM MAGNETFELD 89 4.2.3. UNTERSCHIED ZWISCHEN DEM ELEKTROSTATISCHEN UND
DEM MAGNETO- STATISCHEN FELD 89 4.1.4. MAGNETISCHE FELDER ELEKTRISCHER
STROEME 90 4.1.5. SPULE MIT EISENKERN 93 4.1.6. ALLGEMEINES UEBER GROESSEN
DES MAGNETISCHEN FELDES 94 4.1.7. DIE MAGNETISCHE FELDSTAERKE 94 4.1.8.
DAS DURCHFLUTUNGSGESETZ 95 4.1.9. EXPERIMENTELLE BESTAETIGUNG DES
DURCHFLUTUNGSGESETZES . . . . 98 4.1.10. MAGNETFELDER SPEZIELLER
LEITERANORDNUNGEN 99 4.1.11. DAS BIOT-SAVARTSCHE GESETZ 101 4.1.12.
DIFFERENTIELLE SCHREIBWEISE DES DURCHFLUTUNGSGESETZES 102 4.1.13.
MAGNETFELD EINES KONVEKTIONSSTROMES 102 4.1.14. MAGNETOSTATIK 104 4.2.
DIE ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION 104 4.2.1. EXPERIMENTELLE
GRUNDERSCHEINUNGEN 104 4.2.2. DAS FARADAYSCHE INDUKTIONSGESETZ 106
4.2.3. ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION IN BEWEGTEN LEITERN 107 4.2.4.
GEGENSEITIGE INDUKTION ZWEIER STROMKREISE 108 4.2.5. SELBSTINDUKTION 109
4.2.6. DIE MAGNETISCHE FELDENERGIE 111 4.2.7. MESSUNG DER MAGNETISCHEN
SPANNUNG 112 4.2.8. DIE ALLGEMEINSTE GLEICHUNG FUER DIE INDUZIERTE
SPANNUNG . . . 113 4.3. KRAFTWIRKUNG AUF STROEME IM MAGNETFELD 114 4.3.1.
EXPERIMENTELLE GRUNDLAGEN 114 4.3.2. GERADER LEITER IM HOMOGENEN
MAGNETFELD 116 4.3.3. KRAEFTE PARALLELER STROMLEITER AUFEINANDER . . . ;
117 4.3.4. DREHMOMENT EINER LEITERSCHLEIFE IM MAGNETFELD 117 4.3.5.
KRAFT AUF BEWEGTE LADUNG IM MAGNETFELD 119 4.3.6. KRAEFTE ZWEIER BEWEGTER
PUNKTLADUNGEN AUFEINANDER 119 4.3.7. DIE LENZSCHE REGEL 120 INHALT 8
4.3.8. LORENTZKRAFT UND ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION 121 4.3.9.
ELEKTRISCHE MESSGERAETE 122 4.4. DIE MAXWELLSCHEN GLEICHUNGEN 126 4.4.1.
VERALLGEMEINERUNG DES INDUKTIONSGESETZES 126 4.4.2. VERALLGEMEINERUNG
DES DURCHFLUTUNGSGESETZES 127 4.5. STOFFE IM MAGNETFELD 129 4.5.1.
EXPERIMENTELLE GRUNDERSCHEINUNGEN 129 4.5.2. DIE RELATIVE PERMEABILITAET
129 4.5.3. DIE MAGNETISIERUNG DER STOFFE 130 4.5.4. DIE
MATERIALGLEICHUNG 131 4.5.5. MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND INDUKTION IN
UNTERSCHIEDLICHEN MEDIEN 132 4.5.6. DIE MAGNETISIERUNG M 134 4.5.7.
DIA-, PARA-UND FERROMAGNETISMUS 135 4.5.8. DER MAGNETISCHE KREIS 140
4.5.9. KRAEFTE UND ENERGIEEINWIRKUNG AUF STOFFE IM MAGNETFELD . . . 142
4.5.10. ENTMAGNETISIERUNG 144 4.5.11. DIE MOLEKULAREN VORGAENGE BEI DER
MAGNETISIERUNG DER STOFFE . 146 4.6. DAS MAGNETISCHE FELD DER ERDE 149
4.6.1. DER VERLAUF DES ERDFELDES 149 4.6.2. DIE INTENSITAET DES
ERDMAGNETISMUS 152 4.6.3. DIE PHYSIKALISCHEN GRUNDLAGEN DES
ERDMAGNETISMUS 153 4.6.4. ERD-UND GESTEINSMAGNETISMUS 155 5.
WECHSELSTROM 157 5.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 157 5.2. MITTELWERTE DES
STROMES UND DER SPANNUNG 158 5.3. ARBEIT UND LEISTUNG DES WECHSELSTROMES
160 5.4. DARSTELLUNG HARMONISCHER WECHSELSTROEME 162 5.5. WIDERSTAND,
SPULE UND KONDENSATOR IM WECHSELSTROMKREIS 164 5.6. KOMPLEXE DARSTELLUNG
VON WECHSELSTROMGROESSEN 166 5.6.1. SCHREIBWEISE KOMPLEXER ZAHLEN 166
5.6.2. RECHENREGELN 167 5.6.3. RUHENDE ZEIGER 168 5.7. DER KOMPLEXE
WECHSELSTROMWIDERSTAND 168 5.8. ANWENDUNG DER KOMPLEXEN SCHREIBWEISE 170
5.8.1. REIHEN- UND PARALLELSCHALTUNG 170 5.8.2. REIHENSCHALTUNG VON R, L
UND C 171 5.8.3. PARALLELSCHALTUNG VON R, L UND C 172 5.8.4.
ELEKTROMAGNETISCHE SCHWINGUNGEN 174 5.9. SPEZIELLE ERSCHEINUNGEN DES
WECHSELSTROMES 174 5.9.1. KOMPENSATION DER PHASENVERSCHIEBUNGEN 174
5.9.2. SKINEFFEKT 175 5.9.3. MESSUNG VON KAPAZITAETEN UND INDUKTIVITAETEN
IN DER BRUECKE . . 175 5.10. MEHRPHASENSTROEME 176 5.10.1. ERZEUGUNG VON
MEHRPHASIGEM WECHSELSTROM 176 5.10.2. DAS MAGNETISCHE DREHFELD 178
5.10.3. LEITUNGSFUEHRUNG BEI DREHSTROM 178 5.11. DER TRANSFORMATOR 180
5.11.1. ALLGEMEINER AUFBAU 180 INHALT 9 5.11.2. WIRKUNGSWEISE 181
5.11.3. SPEZIELLE ANWENDUNGEN 182 5.12. MESSINSTRUMENTE FUER WECHSELSTROM
184 6. ELEKTROTECHNISCHE ANWENDUNGEN 187 6.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN DER
GENERATOREN UND MOTOREN 187 6.2. GLEICHSTROMGENERATOREN 189 6.3.
KENNLINIEN DER GLEICHSTROMGENERATOREN 191 6.4. GLEICHSTROMMOTOREN 192
6.5. WECHSELSTROMGENERATOREN 194 6.6. WECHSELSTROMMOTOREN 195 6.7.
VERSCHIEDENE ANWENDUNGEN DES ELEKTROMAGNETISMUS 198 7. LEITUNG DES
ELEKTRISCHEN STROMES IN FLUESSIGKEITEN 203 7.1. DAS PHAENOMEN DER
IONENLEITUNG IN FLUESSIGKEITEN UND DIE FARADAYSCHEN GESETZE 203 7.2. DAS
ATOMISTISCHE MODELL EINER ELEKTROLYTISCHEN LOESUNG 205 7.2.1. ECHTE UND
POTENTIELLE ELEKTROLYTE 205 7.2.2. SOLVATATION DER IONEN IN DER LOESUNG
206 7.3. DIE ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT ELEKTROLYTISCHER LOESUNGEN 207
7.4. UEBERFUEHRUNGSZAHLEN UND INDIVIDUELLE IONENBEWEGLICHKEIT 209 7.5.
GALVANISCHE ELEMENTE 211 7.6. ELEKTRODENPOTENTIAL 214 7.6.1. AUFTEILUNG
DER ZELLSPANNUNG IN GALVANISPANNUNGEN 214 7.6.2. DIE GALVANISCHE
SPANNUNGSREIHE UND ELEKTRODENARTEN . . . . 216 7.7. DIE ELEKTRISCHEN
EIGENSCHAFTEN EINER GALVANISCHEN ZELLE BEI STROMFLUSS . . . . 218 7.8.
ELEKTROCHEMISCHE STROMQUELLEN 221 7.8.1. PRIMAERELEMENTE 221 7.8.2.
SEKUNDAERELEMENTE 222 7.8.3. BRENNSTOFFELEMENTE 223 7.9. WEITERE
TECHNISCHE ANWENDUNGEN DER ELEKTROCHEMISCHEN VORGAENGE UND ELEKTRO-
KINETISCHE ERSCHEINUNGEN 224 7.9.1. TECHNISCHE ELEKTROLYSE UND
GALVANOTECHNIK 224 7.9.2. KORROSION 225 7.9.3. ELEKTROCHEMISCHE
ANALYSEVERFAHREN 226 7.9.4. ELEKTROKINETISCHE ERSCHEINUNGEN 226 8.
LEITUNG DES ELEKTRISCHEN STROMES IN GASEN 229 8.1. GRUNDLAGEN 229 8.1.1.
ERZEUGUNG ELEKTRISCHER LADUNGSTRAEGER IN GASEN 229 8.1.2. VERNICHTUNG
ELEKTRISCHER LADUNGSTRAEGER IN GASEN (REKOMBINA- TION) 233 8.1.3.
BEWEGUNG ELEKTRISCHER LADUNGSTRAEGER IN GASEN 233 8.2. ELEKTRISCHE
GASENTLADUNGEN 235 8.2.1. GLIMMENTLADUNG 237 8.2.2. BOGENENTLADUNG 238
8.2.3. KORONA- UND FUNKENENTLADUNG 239 8.2.4. ANWENDUNGEN DER
GASENTLADUNGEN 240 INHALT 10 8.3. LUFTELEKTRIZITAET 242 8.3.1.
ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT DER ATMOSPHAERE 242 8.3.2. ELEKTRISCHES FELD
DER ATMOSPHAERE 243 8.3.3. ERSATZSCHALTBILD DES LUFTELEKTRISCHEN
STROMKREISES 243 8.3.4. GEWITTER 244 9. LEITUNG DES ELEKTRISCHEN STROMES
IM HOCHVAKUUM 247 9.1. ERZEUGUNG VON FREIEN ELEKTRONEN 247 9.1.1.
LICHTELEKTRISCHER EFFEKT 247 9.1.2. GLUEHELEKTRISCHER EFFEKT 249 9.1.3.
SEKUNDAERELEKTRONENEMISSION 250 9.1.4. FELDEMISSION 250 9.2. BEWEGUNG DER
LADUNGSTRAEGER 250 9.2.1. BEWEGUNG IM HOMOGENEN ELEKTRISCHEN FELD 251
9.2.2. BEWEGUNG IM HOMOGENEN MAGNETISCHEN FELD 253 9.2.3. BESTIMMUNG VON
E/M 254 9.2.4. BESTIMMUNG DER GESCHWINDIGKEIT DER LADUNGSTRAEGER 254
9.2.5. BAHNEN ELEKTRISCHER TEILCHEN IM MAGNETISCHEN ERDFELD (POLAR-
LICHT) 255 9.3. EIGENSCHAFTEN UND WIRKUNGEN VON TEILCHENSTRAHLEN 255
9.3.1. KATODENSTRAHLEN 255 9.3.2. IONENSTRAHLEN 257 9.4. ANWENDUNGEN DER
STROMLEITUNG IM VAKUUM 259 9.4.1. DIE GLUEHKATODE 259 9.4.2.
ELEKTRONENROEHREN 260 9.4.3. CHARAKTERISTISCHE GROESSEN DER
ELEKTRONENROEHREN 262 9.4.4. ELEKTRONENMIKROSKOPE 263 9.4.5.
FELDELEKTRONEN-UND FELDIONENMIKROSKOPE 264 9.4.6. WEITERE
ELEKTRONENGERAETE 265 10. LEITUNG DES ELEKTRISCHEN STROMES IN FESTKOERPERN
268 10.1. MECHANISMUS DER STROMLEITUNG 268 10.1.1. DAS
ENERGIEBAENDERMODELL 268 10.1.2. METALLISCHE LEITFAEHIGKEIT 269 10.1.3.
HALBLEITER 270 10.1.4. DER P-N-UEBERGANG 272 10.2. ANWENDUNGEN DER
HALBLEITER 273 10.2.1. GLEICHRICHTER 273 10.2.2. TRANSISTOREN 275 10.3.
SUPRALEITUNG 278 10.3.1. SUPRALEITENDE STOFFE 278 10.3.2. SUPRALEITENDE
STROMKREISE 280 10.3.3. SPEZIELLES VERHALTEN DER SUPRALEITER 280 10.4.
THERMOELEKTRIZITAET UND PELTIER-EFFEKT 282 10.4.1. THERMOELEKTRISCHER
EFFEKT 282 10.4.2. PELTIER-EFFEKT 284 10.4.3. THOMSON- UND
BENEDICKS-EFFEKT 285 10.5. GALVANO- UND THERMOMAGNETISCHE EFFEKTE 285
10.5.1. HALL-EFFEKT 285 10.5.2. WIDERSTANDSAENDERUNG IM MAGNETFELD 286
10.5.3. THERMOMAGNETISCHE EFFEKTE 286 10.6. KONTAKTSPANNUNGEN 287
10.6.1. ENTSTEHUNG ELEKTRISCHER DOPPELSCHICHTEN 287 10.6.2.
DOPPELSCHICHTEN AN ISOLATOREN 288 10.6.3. DOPPELSCHICHT METALL-ISOLATOR
288 10.6.4. DOPPELSCHICHTEN AN METALLEN 289 11. ELEKTROMAGNETISCHE
SCHWINGUNGEN UND WELLEN 291 11.1. ELEKTRISCHE SCHWINGUNGEN 292 11.1.1.
EIGENSCHWINGUNGEN 293 11.1.2. ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN 295 11.1.3.
INSTATIONAERER SCHWINGKREIS 297 11.2. ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN LAENGS
LEITUNGEN 298 11.2.1. LECHER-LEITUNGEN 298 11.2.2. HOHLLEITER 307 11.3.
ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN IM RAUM 308 11.3.1. DIE WELLENGLEICHUNG 308
11.3.2. EXPERIMENTELLER NACHWEIS DER ELEKTROMAGNETISCHEN RAUMWELLEN 309
11.3.3. DAS WELLENFELD EINES DIPOLS 311 11.3.4. EBENE ELEKTROMAGNETISCHE
WELLEN 315 11.3.5. DIE FORTPFLANZUNG DER ELEKTROMAGNETISCHEN WELLEN 316
11.4. ERZEUGUNG ELEKTROMAGNETISCHER SCHWINGUNGEN 320 11.4.1.
SINUSSCHWINGUNGEN 320 11.4.2. NICHTSINUSFOERMIGE SCHWINGUNGEN 326 11.4.3.
MODULIERTE SCHWINGUNGEN 326 11.5. ANWENDUNGSBEISPIELE
ELEKTROMAGNETISCHER SCHWINGUNGEN UND WELLEN . . . . 329 11.5.1. PRINZIP
DER TRAEGERFREQUENTEN SIGNALUEBERTRAGUNG 330 11.5.2. RADAR-TECHNIK 331
ANHANG 333 I. MATHEMATISCHE HILFSMITTEL 333 II. TABELLEN 334
NAMENVERZEICHNIS 337 SACHVERZEICHNIS 339 BILDQUELLEN 347 INHALT 12 |
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