Elektromagnetisches Feld

Das elektromagnetische Feld ist ein raumfüllendes System, dessen Zustand an jedem Punkt der Raumzeit durch die elektrische und magnetische Feldstärke (E, B) festgelegt ist. Das elektromagnetische Feld speichert und überträgt Energie (Masse), Impuls, Drehimpuls sowie Entropie. Das elektromagnetische Feld setzt sich aus Photonen zusammen.

Phänomene

Das elektromagnetische Feld erscheint uns in einer Fülle von Phänomenen

• elektrisch geladene Körper ziehen sich an (ungleich geladen) oder stossen sich ab (gleich geladen)
• stromdurchflossene, parallel ausgerichtete Drähte ziehen sich an (Strom fliesst in gleiche Richtung) oder stossen sich ab (Strom fliesst in Gegenrichtung)
• Stromkreise transportieren Energie und Information
• das elektromagnetische Feld transportiert Energie (Mikrowellenofen), Entropie (Backofen) oder Information (Fernsehsender, Satellit, Handy) durch den leeren Raum

Aus historischen Gründen wird das elektromagnetische Feld vom Kraftbegriff her aufgebaut, obwohl die mechanische Wirkung des elektromagnetischen Feldes von geringer Bedeutung ist. Setzt man einen kleinen Körper mit der Ladung Q an enen Punkt des leeren Raumes und misst die Kompensationskraft (um den Körper im Gleichgewicht zu halten) kann die Kraft des elektromagnetischen Feldes, die Lorentzkraft, gemessen werden. Die Lorentzkraft ist gleich

[math]\vec F_L = Q (\vec E + \vec v \times \vec B)[/math]

Dieses indirekte Messverahren (der Impulsaustausch zwischen geladenem Körper und Feld wird als Impulsstrom zwischen Körper und Messinsturment gemessen) liefert die vektorwertige Grösse Lorentzkraft. Daraus können bei bekannter Ladung und mehreren Messungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten die beiden Feldstärken E und B bestimmt werden.

Struktur

Feldstärken

Das elektromagnetische Feld kann durch seine Feldstärken, der elektrischen Feldstärke E (Einheit N/C oder V/m) und der magnetischen Feldstärke B (Einheit Tesla (T) oder Ns/(Cm)), charakterisiert werden. Die beiden Feldstärken lassen sich mit Hilfe der Lorentzkraft auf eine punktförmige Ladung definieren. Diese Definition entstammt dem Paradigma der Punktmechanik und sagt wenig zur Struktur des elektromagnetischen Feldes aus. Die elektrische und die magnetische Feldstärke können einfach als Zustandsgrössen angesehen werden, die den Zustand des elektromagnetischen Feldes vollständig beschreiben. Die elektrische und die magnetische Felstärke sind vektorwertige Funktionen über dem Raum und der Zeit.