Adolf J. Schwab

Begriffswelt der Feldtheorie (eBook, PDF)

Elektromagnetische Felder, Maxwell-Gleichungen, Gradient, Rotation, Divergenz

• Format: PDF

Produktbeschreibung

Dieses Lehrbuch bietet eine gute Grundlage für das tiefere Eindringen in die Theorie elektrischer und magnetischer Felder. Eine übersichtliche Systematik und die Konzentration auf wesentliche Sachverhalte sind die Vorzüge dieses Buches, das auch die Zusammenhänge zu anderen Fachgebieten - wie Fragen der mathematischen Physik - herstellt. Numerische Methoden zur Lösung feldtheoretischer Fragestellungen werden in ihrer grundsätzlichen Vorgehensweise verständlich erläutert und in ihrer Leistungsfähigkeit verglichen.

Aus dem Inhalt

Die Begriffe Fluss, Wirbelstärke, Wirbeldichte etc. werden physikalisch anschaulich interpretiert. Didaktisch geschickt werden die Maxwellschen Gleichungen in Integral- und Differenzialform behandelt; ebenso anschaulich werden Skalar- und Vektor-Potenziale eingeführt. Darüber hinaus zeichnet sich das Buch durch eine konsequente Betonung des Unterschieds zwischen Quellen- und Wirbelfeldern im gesamten Text aus. Das hierbei gewonnene intime Verständnis versetzt den Leser in die Lage, die anschließend vorgestellten Methoden der numerischen Feldberechnung auf Anhieb zu verstehen.

• Finite Elemente
• Finite Differenzen
• Ersatzladungsverfahren
• Boundary-Element-Methode
• Momentenmethode
• Monte-Carlo-Verfahren

Die Zielgruppen

Studierende der Elektrotechnik sowie Praktiker werden schrittweise von einfachen Definitionen physikalischer Größen zu schwierigen Begriffen und Verfahren hingeführt.

Der Autor

Professor Dr.- Ing. Dr. hc mult. Adolf Josef Schwab studierte und promovierte an der Elite-Universität Karlsruhe auf dem Gebiet der Elektrotechnik. Seinem Aufenthalt als Postdoctoral Fellow am MIT in den USA folgte 1972 die Habilitation. 1976 erhielt er einen Ruf als Professor an die Universität Darmstadt, 1978 an die Universität Dortmund. Im Jahr 1980 wurde er zum Ordentlichen Professor und Direktor desInstituts für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik an der Elite-Universität Karlsruhe ernannt. Von 1989 bis 1993 leitete er das ABB Konzernforschungszentrum in Heidelberg. Heute ist Prof. Schwab Ordinarius im Ruhestand und leitet die Prof. Schwab Consulting. Er ist Ehrendoktor der Universitäten St. Petersburg und Tomsk sowie Consulting Professor der Universität Xian. Er ist Mitglied des VDE, Life Fellow des IEEE, Past Chair des IEEE Ethik-Komitees und Past Chair der IEEE Germany Section.

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Produktdetails

• Verlag: Springer Berlin Heidelberg
• Seitenzahl: 372
• Erscheinungstermin: 7. Januar 2019
• Deutsch
• ISBN-13: 9783662583920
• Artikelnr.: 54889843

Autorenporträt

Professor Dr.- Ing. Dr. hc mult. Adolf Josef Schwab studierte und promovierte an der Elite-Universität Karlsruhe auf dem Gebiet der Elektrotechnik. Seinem Aufenthalt als Postdoctoral Fellow am MIT in den USA folgte 1972 die Habilitation. 1976 erhielt er einen Ruf als Professor an die Universität Darmstadt, 1978 an die Universität Dortmund. Im Jahr 1980 wurde er zum Ordentlichen Professor und Direktor des Instituts für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik an der Elite-Universität Karlsruhe ernannt. Von 1989 bis 1993 leitete er das ABB Konzernforschungszentrum in Heidelberg. Heute ist Prof. Schwab Ordinarius im Ruhestand und leitet die Prof. Schwab Consulting. Er ist Ehrendoktor der Universitäten St. Petersburg und Tomsk sowie Consulting Professor der Universität Xian. Er ist Mitglied des VDE, Life Fellow des IEEE, Past Chair des IEEE Ethik-Komitees und Past Chair der IEEE Germany Section.

Inhaltsangabe

Elementare Begriffe elektrischer und magnetischer Felder.- Arten von Vektorfeldern.- Feldtheorie-Gleichungen.- Potentialfunktion, Gradient, Potentialgleichung.- Potential und Potentialfunktion magnetischer Felder.- Einteilung elektrischer und magnetischer Felder.- Integraloperatoren div -1 , rot -1 , grad -1 .- Spannungs- und Stromgleichungen langer Leitungen.- Typische Differentialgleichungen der Elektrodynamik bzw. der mathematischen Physik.- Numerische Feldberechnung.- Anhang.- Aufgabenteil.- Literaturverzeichnis.- Sachverzeichnis.

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1 Elementare Begriffe elektrischer und magnetischer Felder.
1.1 Feldstärke, Fluß und Flußdichte von Vektorfeldern.
1.2 Materialgleichungen
Grenzflächenbedingungen.
2 Arten von Vektorfeldern.
2.1 Elektrische Quellenfelder.
2.2 Elektrische und magnetische Wirbelfelder.
2.3 Allgemeine Vektorfelder.
3 Feldtheorie
Gleichungen.
3.1 Maxwellsche Gleichungen in Integralform.
3.2 Kontinuitätsgesetz in Integralform Quellenstärke elektrischer Strömung.
3.3 Maxwellsche Gleichungen in Differentialform.
3.4 Kontinuitätsgesetz in Differentialform Quellendichte elektrischer Strömung.
3.5 Analyse von Vektorfeldern bezüglich ihrer Wirbel
und Quellennatur.
3.6 Die Maxwellschen Gleichungen in komplexer Schreibweise.
3.7 Integralsätze von Stokes und Gauß.
3.8 Netzwerkmodell des Induktionsvorgangs.
4 Potentialfunktion, Gradient, Potentialgleichung.
4.1 Potentialfunktion und Potential eines elektrostatischen Felds.
4.2 Ermittlung der Potentialfunktion ausgewählter Ladungsverteilungen.
4.3 Gradient eines Potentialfelds.
4.4 Potentialgleichungen.
4.5 Elektrisches Vektorpotential.
4.6 Vektorpotential des Strömungsfelds.
5 Potential und Potentialfunktion magnetischer Felder.
5.1 Magnetisches Skalarpotential.
5.2 Potentialgleichung des magnetischen Skalarpotentials.
5.3 Magnetisches Vektorpotential.
5.4 Potentialgleichung des magnetischen Vektorpotentials.
6 Einteilung elektrischer und magnetischer Felder.
6.1 Stationäre Felder.
6.2 Quasistationäre Felder.
6.3 Nichtstationäre Felder
Elektromagnetische Wellen.
7 Integraloperatoren div
1, rot
1, grad
1.
7.1 Integraloperator div
1.
7.2 Integraloperator rot
1.
7.3 Integraloperator grad
1.
7.4 Berechnung eines allgemeinen Vektorfelds E(r).
8 Spannungs
und Stromgleichungen langer Leitungen.
9 Typische Differentialgleichungen der Elektrodynamik bzw. der mathematischen Physik.
9.1 Verallgemeinerte Telegraphengleichung.
9.2 Telegraphengleichung mit a,b>0; c=0.
9.3 Telegraphengleichung mit a>0; b=0; c=0.
9.4 Telegraphengleichung mit b>0; a=0; c=0.
9.5 Helmholtz
Gleichung.
9.6 Schrödinger
Gleichung.
9.7 Lorentz
Invarianz der Maxwellschen Gleichungen.
10 Numerische Feldberechnung.
10.1 Finite
Elemente
Methode.
10.2 Differenzenverfahren.
10.3 Ersatzladungsverfahren.
10.4 Boundary
Element
Methode.
10.5 Momenten
Methode.
10.6 Monte
Carlo
Methode.
10.7 Allgem. Bemerkungen zur numerischen Feldberechnung.
A1 Einheiten der verwendeten Größen.
A2 Skalar
und Vektorintegrale.
A3 Vektoroperationen in speziellen Koordinatensystemen.
A5 Komplexe Darstellung sinusförmiger Größen.
A6 Lorentz
Eichung und Coulomb
Eichung.
A6.1 Stromdichten einer Dipolantenne im nichtstationären Fall.
A6.2 Wellengleichung des magnetischen Vektorpotentials in der Coulomb
Eichung.
A6.3 Abschließende Bemerkungen.
Aufgabenteil.
1 Elementare Begriffe elektrischer und magnetischer Felder.
1.1 Skalarfelder.
1.2 Vektorfelder.
1.3 Fluß als Oberbegriff.
1.4 Geschichtete Dielektrika.
2 Arten von Vektorfeldern.
2.1 Gradienten
, Quellen
und Wirbelfelder.
3 Feldtheorie
Gleichungen.
3.1 Induktionsgesetz.
3.2 Induktionsspannung.
3.3 Wirbelfelder.
3.4 Durchflutungsgesetz; Induktivität.
3.5 Durchflutungsgesetz; Feldstärkeverlauf.
3.6 Magnetische Umlaufspannung.
3.7 Magnetischer Fluß.
3.8 Magnetischer Kreis.
3.9 Satz vom Hüllenfluß: Kapazität.
3.10 Satz vom Hüllenfluß: Feldstärke und Potential.
3.11 Induktionsgesetz in Differentialform.
3.12 Integral
und Differentialform des Gaußschen Satzes.
3.13 Wirbeldichte des magnetischen Feldes.
3.14Integralsatz von Gauß.
4 Gradient, Potential, Potentialfunktion.
4.1 Potentialverteilung im Dielektrikum einer Koaxialleitung.
4.2 Elektrisches Potential und elektrische Feldstärke.
5 Potential und Potentialfunktion magnetostatischer Felder.
5.1 Magnetfeld eines gleichstromdurchflossenen Leiters.
5.2 Magnetfeld einer Zweidrahtleitung.
5.3 Feldgrößen einer Koaxialleitung.
6 Berechnung von Feldern aus ihren Quellen
und Wirbeldichten.
6.1 Quellenfeld.
6.2 Wirbelfeld.
7 Einteilung elektrischer und magnetischer Felder.
7.1 Stationäre Felder: Gleichstromfeld.
7.2 Quasistationäre Felder: Stromverdrängung.
7.3 Stromverdrängung im Rundleiter.
7.4 Die schirmende Wirkung von Wirbelströmen.
7.5 Elektromagnetische Wellenfelder.
7.6 Helmholtz
Gleichung.