Table of Contents
Einleitung 23
Teil I: Elektrostatik
1 Dann macht es „Zack!“: Elektrische Ladungen 29
Sie können extrem sein: Effekte von Ladungen 29
Es gibt viel Wissenswertes über Ladungen 31
Ladungen können nicht erzeugt, sondern nur getrennt werden 33
2 Zentral für die Elektrostatik: Das Coulombgesetz 43
Die Kraft zwischen zwei Punktladungen: Das Coulombgesetz 43
Die elektrische Feldkonstante 45
Coulombkräfte gehorchen dem Superpositionsprinzip 45
Vergleich mit dem Gravitationsgesetz 48
3 Das elektrische Feld ist entscheidend 51
Eine zunächst abstrakte, aber sehr nützliche Größe: das elektrische Feld 51
Ziemlich plakativ: Darstellung durch Feldlinien 53
Besondere Formen elektrischer Felder 53
Das Superpositionsprinzip: Felder überlagern sich vektoriell 57
4 Die Liste vervollständigen: Arbeit, Potential und Spannung 61
Die elektrische Arbeit und die elektrische Energie 61
Eine weitere eher abstrakte Größe: Das elektrische Potential 67
Eine Größe, die jeder kennt: die elektrische Spannung 69
Zusammenfassung der elektrostatischen Größen 71
5 Wichtige Bauelemente nicht nur zur Ladungsspeicherung: Kondensatoren 75
Physik von Kondensatoren 75
Es kommt auf die Füllung an: Dielektrika 77
Es muss nicht immer ein Plattenkondensator sein: Typen von Kondensatoren 81
Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren 86
Teil II: Elektromagnetismus
6 Stark anziehend: Magnetische Phänomene 91
Ihre Wirkung ist dauerhaft: Permanentmagnete 91
Magnetismus durch Strom: elektromagnetische Phänomene 95
Es funktioniert auch anders herum: sich bewegende Ladungen reagieren auf Magnetfelder 97
Sie beruht auf dem Elektromagnetismus: Die Definition des Amperes 99
7 In ihnen geht es rund: magnetische Felder 101
Feldgröße Nummer 1: die magnetische Flussdichte 101
Feldgröße Nummer 2: die magnetische Feldstärke 102
Magnetismus pur: Spulen in allen Formen und Größen 106
Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern 111
8 Beim Magnetismus kommt es auf das Material an 119
Größen zur Beschreibung magnetischer Materialien 119
Er wirkt dem Feld entgegen: der Diamagnetismus 124
Starke Effekte: der Ferromagnetismus 126
Magnetisierungskurve eines Ferromagneten 130
Spezielle magnetische Materialien 133
9 Sie bringt Ströme und Spannungen hervor: die Induktion 139
Sie beruht auf Änderungen: die Induktion 139
Immer der Ursache entgegen: die Lenz’sche Regel 142
Effekte im eigenen Stromkreis: die Selbstinduktion 143
Die drei wichtigsten Anwendungen: Generator, Motor und Transformator 146
Teil III: Stromkreise
10 Sie bestehen aus Einbahnstraßen: Gleichstromkreise 155
Mechanismen des Stromflusses in einem Leiter 155
Ohne sie kann kein Strom fließen: die Spannung 157
Verbraucher stellen Widerstände dar 159
Das Ohm’sche Gesetz 161
Knoten und Maschen: Die Kirchhoff'schen Regeln 164
Ohne Leistung geht es nicht 166
11 Der Wechsel ist beständig: Wechselstromkreise 169
Regelmäßige Änderungen: Wechselströme 169
Sie sind nicht unbedingt ohmsch: Widerstände in Wechselstromkreisen 172
Die Leistung eines Wechselstromkreises 180
Äußerst hilfreich bei der Berechnung von Wechselstromkreisen: Zeigerdiagramme 181
Zum Schwingen braucht man nur eine Spule und einen Kondensator: der Schwingkreis 184
Teil IV: Halbleiter
12 Trotz des Namens vollwertig: Halbleiter 189
In Halbleitern gibt es Elektronen und Löcher 189
Eine detailliertere Beschreibung von Halbleitern 193
Man kann die Leitfähigkeit einstellen: die Dotierung 199
Silizium ist nicht alles: Halbleitermaterialien 203
13 Halbleiterbauelemente haben die Welt verändert 207
Bipolarbauelemente: Der pn-Übergang 207
Schalter und Verstärker zugleich: der Bipolartransistor 213
Feldeffektbauelemente: Der MOS-Kondensator 216
Grundlage jeder Logikschaltung: der Feldeffekttransistor 219
Hier ist Schiebung im Spiel: Charge-Coupled Devices 220
Von Halbleiterbauelementen zur Halbleitertechnologie 222
Teil V: Die Maxwell’schen Gleichungen
14 Sie fassen alles zusammen: die Maxwell’schen Gleichungen 227
Die Grundlagen noch einmal im Überblick 227
Die vier Maxwell'schen Gleichungen 231
Folgerungen aus den Maxwell'schen Gleichungen 236
Glossar 241
Lösungen der Aufgaben 251
Index 275
