Warum diese Website?

Willkommen hier! :)

Das Ziel dieser Website ist sehr simpel: Die wichtigsten Bilder und konkrete Beispiele intuitiv zeigen.

In Physik II wird extrem viel integriert. Volumenintegral hier, Linienintegral dort. Kleine geladene Stückchen werden in unendlichen Stäben oder Kreisringen aufintegriert. Überall Pfeile von Vektorfeldern. Das ist neu, und ohne die richtigen Bilder im Kopf ist das verwirrend.

Der Grund warum diese neuen Sachen auftreten: Elektromagnetismus und Vektoranalysis sind untrennbar. Elektromagnetismus kann in vier Gleichungen formuliert werden: Die Maxwell-Gleichungen. Diese Gleichungen beschreiben alle physikalischen Phänomene des Elektromagnetismus. Das kennt man irgendwoher.

Genau an diesem Punkt kommt ein bisschen Physik-Lore, den nicht alle kennen: Maxwells ursprüngliche Gleichungen waren aber nicht vier Stück, sondern 20. Es war Oliver Heaviside, der in gewisser Weise Vektoranalysis erfunden hat, um die Maxwell Gleichungen kompakter und eleganter zu formulieren. Deswegen gibt es heute nur vier Gleichungen. Vektoranalysis ist also wirklich „baked into“ Elektromagnetismus.

Mir geht es daher darum, die wichtigsten Bilder und konkrete Beispiele intuitiv zu zeigen. Es ist zum Beispiel erstaunlich, wie viel Elektromagnetismus man mit zwei Händen und etwas Vorstellungskraft machen kann. Mehr dazu bald!

Überblick über Physik II#

Das ist das bigger picture über Physik II. Es lohnt sich, das im Kopf zu behalten und später einordnen zu können.

Es geht los mit Wellen, mechanischen Wellen, was noch an Physik I anknüpft. Das ist (meine Meinung) der unspannende Teil. Als ich Physik II hatte, habe ich das Skript aufgeschlagen und mir gedacht, „Es gibt neun Kapitel insgesamt und acht davon sind Elektromagnetismus!“ Nice. Irgendwann ist mir aber klar geworden, dass dieses eine Kapitel ein Drittel des gesamten Skripts war. Nicht so nice.

Ich werde hier erstmal nicht zu viel dazu schreiben. Falls das Format euch gut gefällt und ich merke, dass ihr euch etwas zu mechanischen Wellen wünscht, kann ich später gegen Ende des Semesters nochmal etwas nachliefern.

Danach geht es los:

1. Elektrostatik & Magnetostatik
2. Spezielle Relativitätstheorie & Feldtransformationen
3. Zeitlich veränderliche Felder
4. Stromkreise
5. Elektromagnetische Wellen

Ein paar Worte zu den einzelnen Gebieten.

Elektrostatik & Magnetostatik#

Zuerst geht es darum, was elektrische und magnetische Felder überhaupt sind, wie sie wirken und ihre grundlegenden Eigenschaften. Bei Elektrostatik geht es um fixierte Ladungen. Bei Magnetostatik bewegt sich aber schon etwas: Es geht um Ströme, aber diese Ströme verändern sich zeitlich nicht.

Spezielle Relativitätstheorie & Feldtransformationen#

Das war für mich super random, als wir irgendwann in der Vorlesung mit spezieller Relativitätstheorie angefangen haben. Auf einmal ging es um Zeitdilation und Längenkontraktion. Diesen Moment möchte ich dir ersparen.

Tatsächlich ist Elektromagnetismus nämlich auch untrennbar mit der speziellen Relativitätstheorie verbunden. Hier ein Teaser, warum das so ist: Stell dir ein langes stromdurchflossenes Kabel an. Wir werden sehen, dass dieser Strom ein Magnetfeld um das Kabel herum erzeugt. Wenn wir jetzt ein geladenes Teilchen, sagen wir ein Proton, neben dem Kabel fliegen haben, wird es durch das Magnetfeld abgelenkt. Denn geladene Teilchen werden durch magnetische Felder abgelenkt.

Strom besteht aber aus sich bewegenden Elektronen. Wenn wir das Bezugssystem in ein Bezugssystem wechseln, das sich mit den Elektronen mitbewegt, gibt es keine sich bewegenden Elektronen und somit keinen Strom. Es gibt also aus magnetostatischer Sicht keinen Grund, warum das Teilchen jetzt abgelenkt werden sollte. Es gibt ja nichts, was ein Magnetfeld erzeugen könnte.

Problem ist: Wir haben nur das Bezugssystem gewechselt. Physikalisch sollte sich nichts ändern. Oder doch?

Zeitlich veränderliche Felder#

Ein weiterer Grund, warum elektrische und magnetische Felder nicht trennbar sind. Wenn wir ein elektrisches Feld haben, das sich zeitlich ändert, wird es auch ein magnetisches Feld erzeugen. Und umgekehrt.

Stromkreise#

Ein bisschen Elektrotechnik und sehr viele Schaltpläne. Das erste Mal, dass man so richtig komplexe Zahlen in Physik appreciatet.

Elektromagnetische Wellen#

Elektrische und magnetische Felder erzeugen sich gegenseitig und propagieren so durch den Raum. Besonders viel wird hier nicht gemacht. Elektromagnetische Wellen kommen in MMP I, Elektrodynamik, Physik III, noch einmal wieder. Besonders viel macht man in Physik II nicht.

Tipps für die Vorlesung#

Es ist nicht sinnvoll und auch nicht nötig, zu versuchen, alle Herleitungen im ersten Anlauf zu verstehen. Uns wurde gesagt, dass Herleitungen in Physik II ziemlich irrelevant sind.

Es ist viel wichtiger, die wichtigsten Bilder und Ideen im Kopf zu haben, und Sachen ausrechnen zu können. Wie man das Gausssche Gesetz schnell benutzt oder wie man ein Integralgesetz aufintegriert, das ist wichtig in der Praxis zu wissen.

Kurz zur Prüfung: Als ich das erste Mal eine Physik II Prüfung in der Lernphase versucht habe, habe ich gerade so die Hälfte der Punkte bekommen. Das ist okay, und das wird mit etwas Übung besser.