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Die Maxwell-Gleichungen

  • Matthias BartelmannEmail author
  • Björn Feuerbacher
  • Timm Krüger
  • Dieter Lüst
  • Anton Rebhan
  • Andreas Wipf
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Zusammenfassung

Die Elektrodynamik, die fundamentale Theorie, die elektrische und magnetische Felder miteinander untrennbar verknüpft, ist mit ihren vielfältigen Anwendungen aus unserer Zivilisation heutzutage nicht mehr wegzudenken. Bis zum Anfang des 19. Jahrhunderts kannte die Physik aber nur eine qualitative Phänomenologie von nicht miteinander in Beziehung gebrachten Erscheinungen von Elektrizität und Magnetismus. Dieses Gebiet war bis dahin wenig entwickelt und entsprechend wenig attraktiv für die theoretische Physik, jedenfalls im Vergleich zur klassischen Mechanik, die zu dieser Zeit bereits weitgehend ihre mathematische Vollendung erfuhr.

Ein entscheidender Entwicklungsschub fand in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts statt, nachdem 1820 der dänische Physiker Hans Christian Oersted (1777–1851) entdeckt hatte, dass elektrische Ströme Magnetfelder hervorrufen. Michael Faraday (1791–1867, Abb. 1.1) suchte und fand 1831 die umgekehrte Verbindung, nämlich dass veränderliche Magnetfelder Ströme verursachen können. Das von Faraday geprägte intuitive Bild von raumfüllenden Kraftlinien wurde vom schottischen Physiker James Clerk Maxwell (1831–1879, Abb. 1.2) aufgegriffen und 1855 in eine mathematisch konsistente Formulierung gebracht, die er in mehreren Veröffentlichungen ausarbeitete (Maxwell 1873). Darin wurde insbesondere eine Wellentheorie entwickelt, die eine Vereinigung von Optik und Elektrodynamik nahelegte. Der experimentelle Beweis wurde 1886 von Heinrich Hertz (1857–1894) durch die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen geliefert.

Was unterscheidet magnetische von elektrischen Feldern? Was beinhaltet der Feldbegriff? Wie hängen Elektrizität und Magnetismus zusammen? Warum sprengten die Maxwell-Gleichungen die nichtrelativistische Physik? Kann man Feldern sowohl Energie als auch Impuls zuschreiben? Wozu braucht man Potenziale? 

Supplementary material

Literatur

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Authors and Affiliations

  • Matthias Bartelmann
    • 1
    Email author
  • Björn Feuerbacher
    • 2
  • Timm Krüger
    • 3
  • Dieter Lüst
    • 4
  • Anton Rebhan
    • 5
  • Andreas Wipf
    • 6
  1. 1.Universität HeidelbergHeidelbergDeutschland
  2. 2.HeidenheimDeutschland
  3. 3.University of EdinburghEdinburghGroßbritannien
  4. 4.Ludwig-Maximilians-Universität MünchenMünchenDeutschland
  5. 5.Technische Universität WienWienÖsterreich
  6. 6.Friedrich-Schiller-Universität JenaJenaDeutschland

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