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Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamik
Inhalt:1. Geschichtliches2. Wilhelm Eduard Weber3. Hermann von Helmholtz4. Vergleich Maxwells und Helmholtzs Theorien5. Ende des Fernwirkungsprinzipes
Zeitleiste
Heinrich Hertz
Herrman von Helmholtz
1800
James Clerk Maxwell
19001850
Michael Faraday
André-Maire Ampère
Wilhelm Weber
Hendrik Lorentz
J. J.Thomson
Hans Christian Ørsted
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Geschichtliche HintergrundGeschichtliche Hintergrund• 1814/1815 Wiener Kongress nach Napoleons Niederlage => Deutscher Bund
• 1849 Märzrevolution, Paulskirchenverfassung, konstitutionelle Monarchie
• 1870/1871 Deutsch-Französische Krieg, Deutsches Kaiserreich unter Wilhelm 1.
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Wilhelm Eduard WeberWilhelm Eduard Weber
1804 Geboren in Wittenberg
1831-1837 und ab 1849 Professor für Physik an der Universität Göttingen
1833 erster elektromagnetischer Telegraf
1846 „Grundgesetz der Elektrodynamik“
1891 Gestorben in GöttingenThomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Herman Ludwig Ferdinand von Herman Ludwig Ferdinand von HelmholtzHelmholtz
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Geboren am 31. August 1821in Potsdam
1838 Medizin Studium am Friedrich Wilhelm Institut in Berlin
1849 Professor für Physiologie und Pathologie in Königsberg
1855 Lehrstuhl fürAnatomie und Physiologie in Bonn
1858 Lehrstuhl für Physiologie in Heidelberg
1871 Professor für Physik in Berlin
1888Erster Präsident der physikalisch-technischen Reichsanstalt in Berlin
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Herman Ludwig Ferdinand von Herman Ludwig Ferdinand von HelmholtzHelmholtz
Universalgenie „Reichskanzler der Physik“
Erhaltung der Energie Freie Energie Resonanztheorie des Hörens Dreifarbentheorie Wissenschaftliche Meteorologie Prinzip der kleinsten Wirkung
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
GrundvorstellungenGrundvorstellungen Dekompositionsprinzip: alle natürlichen
Wechselwirkungen lassen sich auf ein Zentralkraft zwischen zwei Massepunkten (Volumenelementen) zurückführen.*
<=> Es gilt Energieerhaltung
*es besagt nicht wie es gemacht wird, noch dass es gemacht werden muss, deswegen löst er sich später von dem Prinzip
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Wilhelm Eduard Weber 1846Wilhelm Eduard Weber 1846
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
K=e×e'
r 21−
1c2
drdt
22rc2
×d2 rdt2
Bewegungsgleichung für mechanistische Teilchen
Wechselwirkung zwischen Fluiden
Energieerhaltung ?
c ist Webersche Konstante (= c)
Beschreibt gesamte bis dato bekannte Elektrodynamik
ElektrophysiologeElektrophysiologe Hat die Gesetze von Ohm, Kirchhoff, Faraday
benutzt
Benutzte modernste Messinstrumente wie Wheatstone Brücke oder ballistische Galvanometer
Seine Experimente basierten oft auf offenen Stromkreisen, für die keine Theorie existierte
Nachteil: Hatte es am Anfang schwer als Fachfremder im Bereich der theoretischen Physik Anerkennung zu finden
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Erhaltung der Kraft 1847Erhaltung der Kraft 1847 Aus der Physiologie: Wärmeentwicklung in
der Muskulatur
Gegen unerschöpfliche Lebenskraft (Vitalismus)
In geschlossenem System bleibt der Skalar Energie erhalten, kann aber von einer in eine andere Form umgewandelt werden.
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Hydrodynamische Gleichungen für Hydrodynamische Gleichungen für Wirbelbewegungen 1856Wirbelbewegungen 1856 Ideale Flüssigkeit, Ansatz von Euler (Keine Viskosität, perfektes Kontinuum)
Erhaltung der Wirbelbewegung mathematisch hergeleitet (Rotation des Geschwindigkeitsvektors)
Ersten numerischen Wettermodelle
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Hydrodynamische Gleichungen für Hydrodynamische Gleichungen für Wirbelbewegungen 1856Wirbelbewegungen 1856 Analoges Ergebnis für den magnetischen
Effekt von Stromdichten (Biot & Savart)
Zitat Maxwells zu diesen Ergebnissen: „Lines of fluid motion are arranged
according to the same laws as the lines of magnetic force.“
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Franz NeumannFranz Neumannmagnetisches Potentialmagnetisches Potential
Räumliche Variation liefert Amperes Gesetz
Zeitliche Ableitung gibt Induktion
Nur für geschlossene Stromkreise
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Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamik
Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamik
Vereinigung der Theorien k = 0 => Maxwell
k = 1 => Neumann
k = -1 => Weber(wurde ausgeschlossen, weil Energieerhaltung nicht
erfüllt)
Ziel: Bestimmung von k Thomas Zirngibl; Universität Regensburg, Naturwissenschaftliche Fakultät 2
Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamik Problem:
Konnte die gleichzeitige Bewegung von Körpern nicht beschreiben, was auch experimentell gefunden wurde
z.B. Rotierender Draht unter Magnet
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Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamikerweiterte Potentialtheorieerweiterte Potentialtheorie
Annahme: Äther sei hoch Polarisierbar Immer noch Fernwirkungsprinzip
=> Analoge Wellengleichungen für elektrische und magnetische Polarisierung seperat
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Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamikerweiterte Potentialtheorieerweiterte Potentialtheorie
=> Seperation in Skalar und Vektorpotential
Vorhersage von transversalen und longitudinalen Wellen (für k = 0 verschwinden longitudinale Wellen)
Problem: Wenn hoch polarisierbar, dann wirkt dies der Kraft, die polarisiert entgegen.
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Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamikerweiterte Potentialtheorieerweiterte Potentialtheorie
Ausschreibung einer Preisaufgabe: Ein schnell variierender Strom in einem Stromkreis mit
Kondensator sollte in einem sekundären Stromkreis einen Strom induzieren
(Seine Idee: Die Polarisierung des Mediums zwischen den Kondensatorplatten führt zum Übertrag der Energie)
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Ähnliche Ergebnisse bei komplett Ähnliche Ergebnisse bei komplett unterschiedlicher Sichteise unterschiedlicher Sichteise
(Maxwell)(Maxwell)
Basis: Auslenkung in einem raumerfüllenden elastischen Äther.
Zeitlich veränderliche Auslenkung verantwortlich für Strom
Ladung nicht eigenständig sondern Eigenschaft der Auslenkung
Auslenkung ist kontinuierlich im Raum
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Ähnliche Ergebnisse bei komplett Ähnliche Ergebnisse bei komplett unterschiedlicher Sichteiseunterschiedlicher Sichteise
(Helmholtz)(Helmholtz)
Konkrete Bewegung geladener Teilchen Polarisierung über Fernwirkung Anderes Äthermodell Dekompositionsprinzip Energieerhaltung
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SchlussbemerkungSchlussbemerkung Auf dem Feld der Elektrodynamik keine
direkte Hinterlassenschaft ABER: Bindeglied zw. Maxwell und Hertz; Theorie und
Experiment Danach sofortige Annerkennung der
Überlegenheit der Maxwell-Hertz Theorie
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