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Technical University of Munich

Electrodynamics

ECTS: 3

Modul-Kennung: BV570008

Modulbeschreibung in TUM-Online

Inhalte:

Der theoretische Teil der Vorlesung ist folgendermassen organisiert:
1. Mathematischer Hintergrund:

  • Skalar- und Vektorfelder
  • Linien- und Oberflächenintegrale
  • Nabla Operator
  • differentielle Eigenschaften von Vektorfeldern
  • wirbelfreie und quellenfreie Felder
  • Theoreme von Gauss und Stokes

2. Elektrostatik:

  • Coulombsches Gesetz
  • elastostatisches Feld
  • Divergenz und Rotation des elastostatischen Feldes

3. Magnetostatik:

  • Amperesches Gesetz
  • magnetostatisches Feld
  • Divergenz und Rotation des magnetostatischen Feldes

4. Elektrodynamik:

  • Kontinuitätsgleichung für die elektrische Ladung
  • Maxwellscher Verschiebungsstrom
  • elektromotorische Kraft
  • Faradaysches Induktionsgesetz
  • mikroskopische und makroskopische Maxwellsche Gleichungen

5. Elektromagnetische Wellen:

  • Wellengleichungen in der Zeit- und Frequenzdomäne
  • ebene und kugelförmige Wellen
  • Beobachtungsgrössen und Mittelwerte

6. Elektromagnetische Streutheorie:

  • Darstellungstheorem von Stratton-Chu
  • Fernfeldstruktur und Amplitudenmatrix
  • Phasen- und Extinktionsmatritzen
  • Extinktions-, Streu- und Absorbtionsquerschnitte
  • optisches Theorem
  • Reziprozitätsprinzip

7. Mie Theorie:

  • Vektorwellengleichung
  • sphärische Vektorwellenfunktionen
  • Lösung des Transmissionsproblems
  • Berechnung der Fernfelder
  • optische Wirkungsquerschnitte und Phasenfunktionen im Kontext der Mie Theorie

8. Herleitung der radiativen Transfergleichung aus
den Maxwellschen Gleichungen.

Die letzten vier Lektionen sind praktischen Aspekten gewidmet und beinhalten die Ausarbeitung eines Projektes mit dem Titel: "Optische Eigenschaften von Wolken und Aerosolen". Das Projekt enthält einen theoretischen Teil, welcher als Synthese der elektromagnetischen Streutheorie gedacht ist und aus folgenden Themen besteht:

  • Charakterisierung des Feldes
  • Extinktions-, Streu- und Absorptionsprozesse
  • Polarisation
  • Mie Theorie

Im Berechnungsteil werden die Phasenmatrix und die wellenlängenabhängigen Exktinktionsquerschnitte, Streuquerschnitte sowie Asymmetrieparameter von Wolken (kontinentaler und ozeanischer Stratus, kontinentaler und ozeanischer Kumulus, Nebel) und Aerosolen (klein und gross ländlich, klein und gross städtisch, ozeanisch) berechnet. Für die Berechnungen wird ein dedizierter Mie Code verwendet. Grosses Gewicht wird der Synthese des theoretischen Teils und der Interpretation der numerischen Resultate beigemessen.

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