3 Potentiale

  Für viele Anwendungen ist es bequemer mit Potentialen zu rechnen als mit Feldern. Dabei definieren die beiden homogenen Maxwell Gleichungen die Potentiale




deren Dynamik man aus den inhomogenen Maxwell Gleichungen bestimmt. Für lineare, isotrope Medien erhält man aus dem Coulomb Gesetz


und aus Amperes Gesetz


Da das Vektorpotential nur bis auf Divergenzen festgelegt ist, wählt man die Lorentzeichung


um eine Entkopplung der Potential Gleichungen zu erhalten




Sie sind äquivalent zu den Maxwell Gleichungen für lineare, isotrope Medien.


Man kann die allgemeine Lösung der inhomogenen Wellengleichung mit Hilfe von zeitabhängigen Green Funktionen bestimmen. Sei die gesuchte Lösung der Wellengleichung


bezüglich eines beliebigen Quellterms und die Green Funktion, die über die Wellengleichung


definiert ist. Durch Einsetzen kann man überprüfen, dass eine Klasse von Green Funktionen durch


gegeben ist, wobei die Dispersionsrelation des Mediums bedeutet, in dem sich die elektromagnetische Welle ausbreitet. Für den Fall eines dispersionsfreien Mediums gilt unabhängig von der Frequenz und


Die allgemeine Lösung ist dann


worin die Lösung der homogenen Wellengleichung


ist. ist die physikalisch realisierbare Lösung ( heißt retardierte Green Funktion), denn sie entspricht dem Kausalprinzip. Ist die Zeit, zu der die Quelle aktiv ist und die Zeit, zu der ein Beobachter am Ort die 'Konsequenzen' (Welle) misst, so gilt mit


Demnach kann man die Lösung etwas expliziter schreiben


Um zunächst ein paar elementare Ausbreitungsphänomene zu betrachten, wollen wir von einem räumlich lokalen Sender (Quellterm) ausgehen. Weit entfernt von der Quelle 'sieht' man dann nur noch die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle als Lösung der homogenen Wellengleichung


unter den gegebenen Anfangs- und Randbedingungen.

H.J. Lüdde