Magnetische Multipole: Unterschied zwischen den Versionen

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Ausgangspunkt ist
Ausgangspunkt ist
:<math>\bar{A}(\bar{r})=\frac{{{\mu }_{0}}}{4\pi }\int_{{{R}^{3}}}^{{}}{{}}{{d}^{3}}r\acute{\ }\frac{\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })}{\left| \bar{r}-\bar{r}\acute{\ } \right|}</math>
:<math>\bar{A}(\bar{r})=\frac{{{\mu }_{0}}}{4\pi }\int_{{{R}^{3}}}^{{}}{{}}{{d}^{3}}r\acute{\ }\frac{\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })}{\left| \bar{r}-\bar{r}\acute{\ } \right|}</math>
(mit der Coulomb- Eichung
(mit der Coulomb- Eichung <math>\nabla \cdot \bar{A}(\bar{r})=0</math>)
:<math>\nabla \cdot \bar{A}(\bar{r})=0</math>)




mit den Randbedingungen
mit den Randbedingungen
:<math>\bar{A}(\bar{r})\to 0</math>
:<math>\bar{A}(\bar{r})\to 0</math> für r→ unendlich
für r→ unendlich


Taylorentwicklung nach
Taylorentwicklung nach
:<math>\frac{1}{\left| \bar{r}-\bar{r}\acute{\ } \right|}</math>
:<math>\frac{1}{\left| \bar{r}-\bar{r}\acute{\ } \right|}</math>
von analog zum elektrischen Fall:
von analog zum elektrischen Fall:
Die Stromverteilung
 
:<math>\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })</math>
Die Stromverteilung <math>\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })</math> sei stationär für <math>r>>r\acute{\ }</math>
sei stationär für
:<math>r>>r\acute{\ }</math>


:<math>\frac{1}{\left| \bar{r}-\bar{r}\acute{\ } \right|}=\frac{1}{r}+\frac{1}{{{r}^{3}}}\left( \bar{r}\cdot \bar{r}\acute{\ } \right)+...</math>
:<math>\frac{1}{\left| \bar{r}-\bar{r}\acute{\ } \right|}=\frac{1}{r}+\frac{1}{{{r}^{3}}}\left( \bar{r}\cdot \bar{r}\acute{\ } \right)+...</math>
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:<math>\bar{E}(\bar{r}):=\frac{1}{4\pi {{\varepsilon }_{0}}{{r}^{5}}}\left[ 3\left( \bar{p}\cdot \bar{r} \right)-{{r}^{2}}\bar{p} \right]</math>
:<math>\bar{E}(\bar{r}):=\frac{1}{4\pi {{\varepsilon }_{0}}{{r}^{5}}}\left[ 3\left( \bar{p}\cdot \bar{r} \right)-{{r}^{2}}\bar{p} \right]</math>
 
{{Beispiel|
<u>'''Beispiel: Ebene Leiterschleife L:'''</u>
<u>'''Beispiel: Ebene Leiterschleife L:'''</u>


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Also: Ein Ringstrom bedingt ein magnetisches Dipolmoment
Also: Ein Ringstrom bedingt ein magnetisches Dipolmoment
:<math>\bar{m}</math>
:<math>\bar{m}</math>
 
}}


analog: 2 Punktladungen bedingen ein elektrisches Dipolmoment
analog: 2 Punktladungen bedingen ein elektrisches Dipolmoment
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  welches von der positiven zur negativen Ladung zeigt.
  welches von der positiven zur negativen Ladung zeigt.


<u>'''Bewegte Ladungen'''</u>
N Teilchen mit den Massen mi und den Ladungen qi bewegen sich.


Dabei sei die spezifische Ladung
== Bewegte Ladungen ==
 
N Teilchen mit den Massen m<sub>i</sub> und den Ladungen q<sub>i</sub> bewegen sich.


:<math>\frac{{{q}_{i}}}{{{m}_{i}}}=\frac{q}{m}</math>
Dabei sei die spezifische Ladung <math>\frac{{{q}_{i}}}{{{m}_{i}}}=\frac{q}{m}</math> konstant:
konstant:


:<math>\begin{align}
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\end{align}</math>


Das magnetische Dipolmoment beträgt:
Das {{FB|magnetische Dipolmoment}} beträgt:


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
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Mit dem Bahndrehimpuls
Mit dem {{FB|Bahndrehimpuls}} <math>\bar{L}</math>:
:<math>\bar{L}</math>
:


:<math>\bar{m}=\frac{q}{2m}\bar{L}</math>
:<math>\bar{m}=\frac{q}{2m}\bar{L}</math>
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Somit ist der Spin nicht vollständig durch die Vorstellung von einer rotierenden Ladungsverteilung zu verstehen!
Somit ist der Spin nicht vollständig durch die Vorstellung von einer rotierenden Ladungsverteilung zu verstehen!


'''Kraft auf eine Stromverteilung:'''
===Kraft auf eine Stromverteilung===


:<math>\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })={{\rho }_{i}}(\bar{r}\acute{\ })\bar{v}(\bar{r}\acute{\ })</math>
:<math>\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })={{\rho }_{i}}(\bar{r}\acute{\ })\bar{v}(\bar{r}\acute{\ })</math>


im Feld einer externen magnetischen Induktion
im Feld einer externen {{FB|magnetischen Induktion}} <math>\bar{B}(\bar{r}\acute{\ })</math>:
:<math>\bar{B}(\bar{r}\acute{\ })</math>
:


Spürt die Lorentzkraft
Spürt die {{FB|Lorentzkraft}}


:<math>\bar{F}=\int_{{}}^{{}}{{}}{{d}^{3}}r\acute{\ }\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })\times \bar{B}(\bar{r}\acute{\ })</math>
:<math>\bar{F}=\int_{{}}^{{}}{{}}{{d}^{3}}r\acute{\ }\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })\times \bar{B}(\bar{r}\acute{\ })</math>
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im stationären Fall gilt wieder:
im stationären Fall gilt wieder:


:<math>\left[ \int_{{}}^{{}}{{}}{{d}^{3}}r\acute{\ }\bar{j}(\bar{r}\acute{\ }) \right]=0</math>
:<math>\left[ \int_{{}}^{{}}{{}}{{d}^{3}}r\acute{\ }\bar{j}(\bar{r}\acute{\ }) \right]=0</math> (keine Monopole)
(keine Monopole)
Also:
Also:


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:<math>\left[ {{\nabla }_{r}}\times \bar{B}(\bar{r}) \right]=0</math>
:<math>\left[ {{\nabla }_{r}}\times \bar{B}(\bar{r}) \right]=0</math>


(Das externe Feld soll keine Stromwirbel im Bereich von
(Das externe Feld soll keine Stromwirbel im Bereich von <math>\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })</math> haben:
:<math>\bar{j}(\bar{r}\acute{\ })</math>
haben:


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}

Version vom 16. September 2010, 12:14 Uhr




(stationär)

Ausgangspunkt ist

(mit der Coulomb- Eichung )


mit den Randbedingungen

für r→ unendlich

Taylorentwicklung nach

von analog zum elektrischen Fall:

Die Stromverteilung sei stationär für

Monopol- Term

Mit

Im stationären Fall folgt aus der Kontinuitätsgleichung:

Mit

folgt dann:

Somit verschwindet der Monopolterm in der Theorie

Dipol- Term

mit

und mit

Folgt:

Da

weil der Strom verschwindet! Somit gibt der Term

keinen Beitrag zum

Also:

Als DIPOLPOTENZIAL!!

das magnetische Dipolmoment!

Analog zu

dem elektrischen Dipolmoment

Die magnetische Induktion des Dipolmomentes ergibt sich als:

Wegen:

mit

Analog ergab sich als elektrisches Dipolfeld:

{{{1}}}


analog: 2 Punktladungen bedingen ein elektrisches Dipolmoment

,
welches von der positiven zur negativen Ladung zeigt.


Bewegte Ladungen

N Teilchen mit den Massen mi und den Ladungen qi bewegen sich.

Dabei sei die spezifische Ladung konstant:

Das magnetische Dipolmoment beträgt:

Mit dem Bahndrehimpuls :

gilt aber auch für starre Körper!

  • Allgemeines Gesetz!

Jedoch gilt dies nicht für den Spin eines Elektrons!!!

Somit ist der Spin nicht vollständig durch die Vorstellung von einer rotierenden Ladungsverteilung zu verstehen!

Kraft auf eine Stromverteilung

im Feld einer externen magnetischen Induktion :

Spürt die Lorentzkraft

Talyorentwicklung liefert:

im stationären Fall gilt wieder:

(keine Monopole)

Also:

Man fordert:

(Das externe Feld soll keine Stromwirbel im Bereich von haben:

(Vergl. S. 34)