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Symmetrien in Feldern

Symmetrien in Feldern erlauben es, die Betrachtung auf bestimmte Bereiche des Raumes oder - bei geeigneter Wahl des Koordinatensystems - bestimmter Koordinaten zu beschränken.

Oft empfiehlt es sich, das Koordinatensystem zunächst durch eine Rotation auf geeignete Achsen zu bringen. Die Rotation um einen Winkel um die z-Achse transformiert die Koordinaten in die gedrehten Koordinaten

Analog kann auch um andere Achsen rotiert werden. Meist bietet sich durch die Aufgabenstellung (z.B. Richtung einer Dipolachse oder einer Röhre) eine bestimmte Wahl der Achsen an. Felder, die von Summen oder Differenzen von Koordinaten abhängen, z.B. können so gedreht werden, daß sie nur noch von einer Koordinate abhängen (siehe Figur).


 
Das Potential läßt sich durch eine Drehung um mit den Transformationen

auf folgende Form bringen

Rotiert man nochmals um um die -Achse, so wird , und man kann die Formel für Zylinderkoordinaten benutzen:

Das ist das Potential eines zweidimensionalen harmonischen Oszillators.
 
Ebene Felder: Das Feld hängt nur von zwei Koordinaten (z.B. ) oder sogar von einer Koordinate ab (z.B. ).  
 
Gelingt eine solche Darstellung, so vereinfacht das die Rechnung sehr, da Ableitungen nach der fehlenden Koordinate zu Null werden.
 
Das Schwerefeld in der Nähe der Erdoberfläche ist eben.
Das Potentialfeld zwischen den Platten eines Kondensators ist eben.

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