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Materialgleichungen der Elektrodynamik



Die Materialgleichungen beschreiben die Auswirkungen äußerer elektromagnetischer Felder auf Materie.

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Materie besteht meist aus mehr oder weniger beweglichen, elektrisch geladenen Teilchen (Ladungen). Diese können z. B. die negativ geladenen Elektronen der Atomhülle und die positiv geladenen Kerne der Materie bildenden Atome sein. Ein elektrisches Feld \vec E bewirkt auf diese eine elektrische Kraft, welche die jeweils entgegengesetzen Ladungen gegeneinander verschiebt. Das Material wird dadurch polarisiert. Die Materialabhängigkeit der Polarisation \vec P wird durch die Dielektrizitätskonstante ε beschrieben.

Auch tragen Elektronen, Atomkerne und die aus diesen zusammengesetzten Atome und Moleküle jeweils magnetische Momente, vergleichbar atomar kleiner Magneten. Diese magnetischen Momente können durch eine äußere magnetische Induktion \vec B ausgerichtet werden, wodurch das Material magnetisiert wird. Die Permeabilität μ beschreibt die Materialabhängigkeit der Magnetisierung \vec M.

Schließlich treibt die oben beschriebene elektrische Kraft in elektrischen Leitern einen Fluss der freien Ladungsträger, den elektrischen Strom an. Die Stromdichte \vec J wird durch den Leitwert κ bestimmt.

Für die i. A. benutzten Größen dielektrische Verschiebung \vec D und magnetisches Feld \vec H gilt allgemein

\vec D=\epsilon_0 \vec E + \vec P
\vec B= \mu_0 (\vec H + \vec M) oder \vec H= \vec B/\mu_0 - \vec M

und speziell für homogene, isotrope Medien

\vec P=\varepsilon_0\chi_e\vec E mit \chi_e=\varepsilon_r - 1
\vec M=\chi_m\vec H mit χm = μr − 1
\vec D=\varepsilon\cdot\vec E mit \varepsilon=\varepsilon_r\cdot\varepsilon_0
\vec B=\mu\cdot\vec H mit \mu=\mu_r\cdot\mu_0
\vec J=\sigma\cdot\vec E.

Dabei ist


Siehe auch: Maxwellsche Gleichungen, Theoretische Elektrotechnik

 
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