Elektromagnetische Felder und Wellen

So wie die klassische Mechanik auf den Newtonschen Gesetzen beruht, so nehmen die Maxwell-Gleichungen in der Elektrodynamik die Rolle der fundamentalen Basispostulate ein. Die gesamte Vielfalt der elektromagnetischen Phänomene lässt sich auf diese Gleichungen zurückführen. Die Maxwellschen Gleichungen haben deshalb eine zentrale Bedeutung für das Verständnis der Hochfrequenztechnik (Antennen, Wellenleiter) und sind Grundlage der klassischen Optik.

In der Vorlesung wird zunächst eine induktive Vorgehensweise gewählt, d.h. die Maxwell-Gleichungen werden nicht a priori als Grundpostulate an den Anfang gestellt, vielmehr werden ausgehend von experimentellen Gegebenheiten wie dem Coulomb-Gesetz, dem Biot-Savartschen-Gesetz und dem Induktionsgesetz die Maxwell-Gesetze Schritt für Schritt hergeleitet. Nacheinander werden dazu die Elektrostatik, die Magnetostatik und zuletzt die Elektrodynamik behandelt. Weitere Themen widmen sich der Beschreibung von Materie in elektromagnetischen Feldern, dem Verhalten von Feldvektoren auf Grenzflächen sowie einigen mathematischen Verfahren zur Berechnung von Feldverteilungen.

Nachdem die Maxwell-Gleichungen nun hergeleitet sind, wird zur Beschreibung der elektromagnetischen Wellen eine deduktive Vorgehensweise gewählt. Hierbei werden die Maxwell-Gleichungen an den Anfang gestellt und daraus die wichtigsten Wellenphänomene hergeleitet. Behandelt werden die Wellengleichungen, das Reflexions- und Brechungsgesetz der Optik, Polarisationseffekte, Dispersionseffekte, die Wellenausbreitung in Materie sowie die Telegraphengleichung. Zum Schluss der Vorlesung wird für interessierte Studenten ein kleiner Einstieg in die Relativitätstheorie präsentiert, dieser ist jedoch nicht prüfungsrelevant.

Die Vorlesungszeit beginnt am 19. April 2023 und endet am 22. Juli, somit haben wir 14 Vorlesungswochen. Die erste Vorlesung findet am Montag, 17.04.2022 um 8:15 Uhr im Blauen Hörsaal 45.1 statt. Wer nicht an Vorlesungen teilnehmen will oder kann, der sollte sich das inhaltlich identische Videomaterial aus dem Vorjahr anschauen (besser herunterladen als in Moodle anschauen).

Es werden einige Termine (Vorlesung, Übung und Zusatzveranstaltungen) nach Bedarf getauscht werden. Genaue Infos dazu werden im Moodle-Kurs bekannt gegeben. Die Tutorien bleiben davon unberührt.

Bei der Übung werden die kritischen Rechenschritte in den für die Stunde vorgesehenen Aufgaben, welche auf der Moodle Kursseite zur Verfügung gestellt sind, auf einem Whiteboard erläutert. Die Übungsaufgaben sind typische Aufgaben aus dem Fachgebiet, aber tendenziell eher schwierig, so dass man sich keine Sorgen machen muss, wenn man diese, bevor man die Lösung gezeigt und erläutert bekommt, alleine noch nicht lösen kann. Es ist aber trotzdem empfehlenswert, sich vor der Übung schon mit den Aufgaben vertraut zu machen. Ihr als Studierende seid aufgerufen, direkt Fragen zu den einzelnen Schritten zu stellen, damit wir wissen, wo es Probleme gibt und darauf direkt eingehen können. Die Folien werden mitsamt den Anmerkungen im Nachgang auf Moodle als PDF bereit gestellt, ebenso die Aufzeichnung der Übung als Video.

Im Sommersemester 2023 findet die Übung als Hybride Veranstaltung statt. Dabei wird diese als traditionelle Präsenzveranstaltung durchgeführt, gleichzeitig gibt es eine synchrone Zoom-Übertragung für Zuhörer, die nicht in Präsenz dabei sein können/wollen. Die Veranstaltung wird mitgeschnitten (nur das Tafelbild und die Sprache des Vortragenden) und im Anschluss an die Veranstaltung hier in Moodle bereitgestellt. Ebenso gibt es das endgültige Tafelbild als PDF.

Die erste Übung findet am 28.04.2023 statt, bis dahin werden an den Terminen der Übung zusätzliche Vorlesungen von Prof. Unger gehalten.

Bei den Tutorien in Elektromagnetische Felder und Wellen werden Aufgaben, welche auf Moodle zur Verfügung gestellt sind, selbstständig von den Studierenden im Raum bearbeitet, dies kann in Einzelarbeit oder in Kleingruppen geschehen. Der anwesende Tutor kann dann gezielt auf Fragen eingehen, zunächst im direkten Gespräch, und bei Problemen, die bei mehreren Studierenden aufgetreten sind, dann auch an der Tafel für alle Anwesenden. Die Aufgaben dürfen natürlich auch schon vor dem Tutorium bearbeitet werden, dies ist aber absolut kein Muss.

Die Veranstaltung findet im Sommersemester 2023 in Präsenz statt.

Eine Musterlösung zu den Tutorien wird jeweils am Donnerstag nach den Tutorien hochgeladen.

Die Termine für die Prüfungen im Sommersemester werden hier bekannt gegeben, sobald diese feststehen.

Die Aufgaben in der schriftlichen Prüfung müssen innerhalb von 120 Minuten gelöst werden. Es sind nur handgeschriebene Unterlagen bzw. Ausdrucke davon zugelassen. Die Unterlagen müssen in einem Ordner, Schnellhefter oder Heft gebündelt sein. Auch ein Taschenrechner ist nicht zugelassen, wird für die Prüfung aber auch nicht benötigt.

Die Prüfung ist mit 4.0 bestanden, wenn etwa 30% der Aufgaben gelöst sind, eine 1.0 gibt es ab etwa 65%. Die vorgesehene Bearbeitungszeit für alle Aufgaben überschreitet das Zeitlimit deutlich, um eine Reserve für Blackouts und für Studierende, die tendenziell eher langsam schreiben, zur Verfügung zu stellen.

Bei zweimaligem Nichtbestehen der schriftlichen Prüfung kommt es zu einer mündlichen Prüfung, aber auch in Sonderfällen kann es diese geben. Zur Vereinbarung dieser wendet ihr euch bitte an Jürgen.