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Maxwell-Gleichung
 
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MaxwellEinstein
Gast





Beitrag MaxwellEinstein Verfasst am: 04. März 2021 12:14    Titel: Maxwell-Gleichung Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo, studiere Elektrotechnik an einer Hochschule und erwerbe gerade den Bachelor of Engineering.

Hab erst jetzt realisiert und erfahren, dass wir die Maxwell-Gleichungen nicht thematisieren werden und diese maximal an einer Universität gelehrt werden. Das finde ich sehr schade, aber wahrscheinlich geht das zu sehr in den Bereich der Physik und ist für einen Ingenieur nicht relevant.

Welche Vorkenntnisse braucht man, um sich dieses Thema selbst beizubringen?
Wie und wo kann man dieses Thema lernen?
Ist es denn überhaupt relevant als Ingenieur oder eher Thema für einen Physiker? Was bringen diese Gleichungen im Alltag?

Meine Ideen:
Danke für eure Antworten! smile
gast_4711
Gast





Beitrag gast_4711 Verfasst am: 04. März 2021 14:35    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

ich bin auch nur Ingenieur und zwar Ingenieur für technische Physik. Das bei Euch die Maxwellschen Gleichungen nicht Thema sind, irritiert mich. So bilden sie doch die Krone der klassichen Elektrizitätslehre. O.K. was braucht man?

Auf jeden Fall Integralrechnung in Sachen Kurven-, Oberflächen und Volumenintegrale.

Ein bischen Differentialgeometrie.

Dann ein Stück Vektoranalysis. Darunter fallen die Integralsätze wie der Satz von Stokes, der Nabla Operator und Dinge wie Gradient, Divergenz und Rotation.

Die Maxwellschen Gleichungen lassen sich in Integral- und Differentialform schreiben. Hier mal kurz die Differentialform. Für die Integralfrom fehlen mir die Latexwerkzeuge.

Erste Maxwellche Gleichung.


Eine zeitliche Änderung der Verschiebestromdichte oder ein Ladungsstrom erzeugt ein magnetisches Wirbelfeld. Die Rotation eines Vektorfeldes errechnet sich als Kreuzprodukt des Nabla-Operators mit dem Vektorfeld. Sie besagt ober das Feld wirbelfrei oder nicht ist. Wirbelfreie Felder werden auch konservative Felder genannt. In ihnen ist die physikalische Arbeit unabhängig vom Weg. Ist der Weg geschlossen ist die Arbeit Null.



vektorielles Kreuzprodukt

Zweite Maxwellche Gleichung.


Eine zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte erzeugt ein elektrisches Wirbelfeld. Dieses Feld ist so orientiert das es der Änderung der Flussdichte entgegen wirkt. Sonst Perpetuum Mobilae!

Hinzu kommen noch die "Materiegleichungen". Hier kommt die Rechenoperation Divergenz ins Spiel. Sie beschreibt, ob es Quellen oder Senken im Vektorfeld gibt.

Raumladungsdichte.

vektorielles Skalarprodukt

Es gibt keine magnetischen Ladungen bzw. Monopole.


Zusammen mit den Feldkonstanten sowie den relativen Dieelktrizitätszahlen und Permeaabilitätszahlen kann man sehr viele Dinge ableiten und ergründen.

Wie z.B.

Elektromagnetische Wellen im freien Raum und in Materie.

Alle Gesetze der Optik (Reflektion, Brechung, Doppelbrechung, Polarisation etc.)

Ablösen von Wellen an Atennen

Ausbreitung und Verhalten von Wellen in Hohlleitern usw.

Ladungsverteilung im Hochfrequenzfeld (Skin Effekt).

usw.

Eigentlich doch Stoff für das Ingenieurstudium. Es ist bei mir jetzt auch schon 40 Jahre her.

Viel Spaß und Erfolg.
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 2430

Beitrag ML Verfasst am: 04. März 2021 18:31    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

gast_4711 hat Folgendes geschrieben:

ich bin auch nur Ingenieur und zwar Ingenieur für technische Physik. Das bei Euch die Maxwellschen Gleichungen nicht Thema sind, irritiert mich.

An den Fachhochschulen oder HTWs wird das gerne ausgespart.

Viele Grüße
Michael
Bernd24
Gast





Beitrag Bernd24 Verfasst am: 10. März 2021 11:08    Titel: Re: Maxwell-Gleichung Antworten mit Zitat

Mathematisch musst du dich hauptsächlich mit Vektoranalysis beschäftigen. Insbesondere musst du eben die Differentialoperatoren div und rot verstehen.

Die Maxwell-Gleichungen beschreiben die Dynamik elektrischer- und magnetischer Felder.
Es ist die absolute Grundlage der klassischen Elektrodynamik. Alles andere baut darauf auf. Phänomene wie elektromagnetische Induktion, elektromagnetische Wellen, Kondensatorkapazitäten, ... finden in den Maxwellgleichungen eine konsistente einheitliche Beschreibung.
seppp



Anmeldungsdatum: 10.04.2014
Beiträge: 11

Beitrag seppp Verfasst am: 29. März 2021 01:09    Titel: Antworten mit Zitat

Meine Erfahrung: Null Relevanz für Ingenieure. Auch nicht im Bereich HF-Technik.
“Im Alltag” bringen sie genau nichts. Auch nichts im Ingenieursalltag.

Hat man aber ein Faible für “Theoretischen” Elektromagnetismus und findet Mathe spannend, dann ist deren Aufbau und Geschichte faszinierend.

So gesehen wäre es spannend, ob Spitzenfußballer die Theorie der Fußballballistik intus haben...
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 2430

Beitrag ML Verfasst am: 29. März 2021 10:52    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

seppp hat Folgendes geschrieben:
Meine Erfahrung: Null Relevanz für Ingenieure. Auch nicht im Bereich HF-Technik.
“Im Alltag” bringen sie genau nichts. Auch nichts im Ingenieursalltag.

Es kommt ja schon ein wenig darauf an, was man macht. Zum grundlegenden Verständnis vieler Bauelemente sind die Maxwellgleichungen m. E. unbedingt erforderlich, ebenso zum Verständnis der Funkwellenausbreitung, der elektromagnetischen Störungen und der Lichtausbreitung.
Hast Du einen Beruf als Elektroingenieur, in dem das alles entbehrlich ist?

Viele Grüße
Michael
gast_4711
Gast





Beitrag gast_4711 Verfasst am: 29. März 2021 13:41    Titel: Antworten mit Zitat

seppp hat Folgendes geschrieben:
Meine Erfahrung: Null Relevanz für Ingenieure. Auch nicht im Bereich HF-Technik.
“Im Alltag” bringen sie genau nichts. Auch nichts im Ingenieursalltag.

Hat man aber ein Faible für “Theoretischen” Elektromagnetismus und findet Mathe spannend, dann ist deren Aufbau und Geschichte faszinierend.

So gesehen wäre es spannend, ob Spitzenfußballer die Theorie der Fußballballistik intus haben...


Oha!!! Sehr gewagt finde ich das. Ich hatte in meiner Ingenieurausbildung zwei Semester Hochfrequenztechnik. Im ersten Semester haben wir uns mit Leitungstheorie beschäftigt bis der Arzt kam. Hier kommt man auch ohne Maxwell zurecht, wenn man symmetrische an asymmetrische Leiter zugrunde legt und die Abmessungen der Leiter klein im Vergleicch zur Wellenlänge sind. Tifft das nicht zu oder hat man es mit reinen Hohlleitern zu tun, hilft diese Theorie nicht weiter. Hier muss dann schon tiefer einsteigen.

Als Schmankerl wurde dann das Verhalten von EM-Wellen an Grenzflächen und in Materie behandelt. Das war alles extrem Theoretisch aber half zum Verständnis vieler Phänomene aus der Experimentalphysik.

O.K. die meisten Ingenieure werden froh sein die Prüfung geschafft zu haben und legen das Thema bei Seite. Die meisten Themen werden nie mehr gebraucht, wenn man im Consulting, Vertrieb oder Management arbeitet.
Fraggle



Anmeldungsdatum: 06.04.2021
Beiträge: 1

Beitrag Fraggle Verfasst am: 06. Apr 2021 15:46    Titel: Re: Maxwell-Gleichung Antworten mit Zitat

Da gebe ich jetzt doch auch noch meine Senf dazu... Dipl.-Ing. (FH Thumbs up! ). Seit knapp 20 Jahren in der Entwicklung tätig.

In meinem Studium wurde Maxwell auch elegant umschifft, was ich sehr schade fand. Tatsächlich beschäftige ich mich gerade aus persönlichem Interesse damit, was mich auch in diesen Thread geführt hat.


MaxwellEinstein hat Folgendes geschrieben:

Ist es denn überhaupt relevant als Ingenieur oder eher Thema für einen Physiker? Was bringen diese Gleichungen im Alltag?


Also erstmal weiß jeder Ingenieur mit Sicherheit recht gut, was es mit den elektrischen und magnetischen Feldern grundsätzlich auf sich hat und kann damit umgehen. Die Maxwellschen Gleichung sind nur EIN weiterer und sicherlich sehr mächtiger Weg, sich dem Phänomen des Elektromagnetismus zu nähern.

Ich persönlich finde es schon relevant, je nach Aufgabengebiet mal mehr, mal weniger. Höchstfrequenztechnik geht nicht ohne. Beim Leiterplattendesign hilfreich. In vielen anderen Bereichen überflüssig.

Mir fallen in diesem Zusammenhang immer zwei Beobachtungen ein, die ich in all den Jahren im Job immer wieder mache:

1. In praktisch meinem gesamten Ingenieurs-Bekanntenkreis werde ich regemäßig ungläubig angeschaut, wenn ich erzähle, dass ich tatsächlich Schaltungen entwickle und 1mal im Jahr sogar ein Integral löse.
Alle anderen benutzen im Job-Alltag quasi ausschließlich: Outlook, Excel, MS-Project, SAP, usw... Von denen ist heute auch keiner mehr in der Lage, ein Tiefpass-Filter oder sowas zu berechnen. Eigentlich zum heulen...

2. Die Leute, die tatsächlich mal Maxwell "gelernt" haben, äußern sich Jahre später üblicherweise so zu dem Thema: "Boah, jaaa Theoretische Elektrotechnik.... Gruselvorlesung. Da haben die damals heftig gesiebt. Ich hab die Klausur irgendwie mit 3,9 bestanden."
Die sind dann vielleicht noch in der Lage, "div D = rho" aus der Erinnerung hinzuschreiben, aber wirklich mit diesen Werkzeugen irgendwie arbeiten? Völlige Fehlanzeige.

Eine andere "Lebenserfahrung": Das abgewandelte Pareto-Prinzip! Big Laugh
80% der Leute wurschteln sich im Job irgendwie durch.
10% sind echte Asse!
Und die letzten 10% muss man eigentlich vor sich selbst beschützen.

Wenn Du einer von den 10% Assen bist, dann kann die eingehende Beschäftigung mit der Theoretischen Elektrotechnik Dir viele neue und bereichernde Ideen und Einblicke liefern. Es ist ein Werkzeug, die EM-Felder theoretisch zu untersuchen und dabei zu lernen.
Für die anderen 90% kann man das Thema sicherlich auch weglassen.

Kein Mensch, der ein Funkgerät baut, wird in der Praxis die Maxwellschen Gleichung herannehmen und anfangen, DGLs zu lösen!

MaxwellEinstein hat Folgendes geschrieben:

Meine Frage:
Wie und wo kann man dieses Thema lernen?


Eigentlich gar nicht schwer:

1. Dan Fleisch hat ein schönes kleines Büchlein geschrieben "A Student's Guide to Maxwell's Equations". Das bietet quasi einen "barrierefreien" Zugang zu den Gleichung an sich. Er hat da sogar 'nen Podcast aufgenommen: https://www.danfleisch.com/maxwell/

2. Wenn Du dann weitermachen willst, erstmal die Vektoranalysis, die wahrscheinlich in Mathe 3 drankam, nochmal vertiefen. Insbesondere div, rot, grad müssen sitzen!

3. Das Netz ist voller Vorlesungsskripte.
Dies fand ich ganz nett: https://www.physik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/11030300/_imported/fileadmin/tp3/ThermoEDynamik/ert.pdf
Schon etwas älter, aber unglaublich gut erklärt sind die Feynman Lectures on Physics. Im Netz frei zu lesen, auf Deutsch auch als Buch erhältlich. Band 2 ist das, was Du brauchst...
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6357
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 17. Apr 2021 07:00    Titel: Antworten mit Zitat

Das dazu notwendige Hintergrundwissen ist überschaubar. Ihc hab mir das als 17 Jähriger selbst beigebracht, indem ich ein entsprechendes Buch besorgte.

Du benötigst nur ein paar Grundkenntnisse in Vektoranalysis, das hört sich schlimmer an, als es ist und man kann es in zwei drei Wochen lernen.

Die Maxwellgleichungen sind nichts anderes, als eine Zusammenfassung der Gesetze der Elektrizitätslehre (Elektrodynamik).

_________________
Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13575

Beitrag TomS Verfasst am: 17. Apr 2021 07:50    Titel: Antworten mit Zitat

Ich denke, es ist ein erheblicher Unterschied, ob man die Maxwellgleichungen und daraus folgende Überlegungen verstehen und nachvollziehen will, oder ob man selbst konkrete Berechnungen anstellen möchte.

Letzteres ist oft technisch sehr aufwändig. Für ein Grundverständnis sehe ich das so wie schnudl und Fraggle.

Aus Zeitgründen wird bei großen Projekten hier im Forum niemand wirklich helfen können. Zu prinzipiellen Fragestellungen bekommt man jedoch die passenden Antworten.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
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