Download pdf - Helmholtzsche Elektrodynamik - Physik · Geschichtliche Hintergrund • 1814/1815 Wiener Kongress nach Napoleons Niederlage => Deutscher Bund • 1849 Märzrevolution, Paulskirchenverfassung,

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.


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


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


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


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


Wilhelm Eduard Weber 1846Wilhelm Eduard Weber 1846


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


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.


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


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.“


Franz NeumannFranz Neumannmagnetisches Potentialmagnetisches Potential

Räumliche Variation liefert Amperes Gesetz

Zeitliche Ableitung gibt Induktion

Nur für geschlossene Stromkreise





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


Helmholtzsche ElektrodynamikHelmholtzsche Elektrodynamikerweiterte Potentialtheorieerweiterte Potentialtheorie

Annahme: Äther sei hoch Polarisierbar Immer noch Fernwirkungsprinzip

=> Analoge Wellengleichungen für elektrische und magnetische Polarisierung seperat



=> 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.



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)



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


Ähnliche Ergebnisse bei komplett Ähnliche Ergebnisse bei komplett unterschiedlicher Sichteiseunterschiedlicher Sichteise

(Helmholtz)(Helmholtz)

Konkrete Bewegung geladener Teilchen Polarisierung über Fernwirkung Anderes Äthermodell Dekompositionsprinzip Energieerhaltung


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


Danke für die AufmerksamkeitDanke für die Aufmerksamkeit
