Außenraum (Physik)
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Als Außenraum wird in der Potentialtheorie der dreidimensionale Raum außerhalb eines Körpers bezeichnet, dessen Kraftwirkungen nach außen berechnet werden sollen.
Der Körper wird hierbei als Ansammlung von Quellen betrachtet, von denen jede ein Ausgangspunkt von Feldlinien ist. Ihr Potential kann über den gesamten Körper addiert werden - bei kompliziertem Aufbau durch Integration über den gesamten materieerfüllten "Innenraum") - und so die gesamte Kraftwirkung auf beliebige Punkte des Außenraums bestimmt werden.
Die Quellpunkte sind je nach betrachtetem Kraftfeld bzw. Fachgebiet verschieden, beispielsweise:
- Massenpunkte für die Berechnung des Gravitationspotentials bzw. der Schwerkraft
- Magnetische Dipole für das Magnetfeld
- Elektrische Ladungen für die Anziehungskräfte von positiven und negativen Ladungen.
Wenn der Außenraum quellfrei ist und der Körper einen symmetrischen Aufbau besitzt, so kann die seine resultierende Kraft auf jeden der möglichen Außenpunkte durch geschlossene Formeln berechnet werden. Ist er unregelmäßig aufgebaut, so muss für die vorzunehmende Integration zumindest die Ladungs- bzw. Massenverteilung bekannt sein - siehe auch Dichtefunktion. Soll diese erat aus Messungen im Außenraum bestimmt werden, so handelt es sich um das - prinzipiell nicht eindeutig lösbare Umkehrproblem der Potentialtheorie:
Aus Messungen allein im Außenraum eines kraftausübenden Körpers kann die Verteilung seiner Quellpunkte (also der Aufbau des Innenraums) nicht bestimmt werden. Erst mit zusätzlichen Angaben wird dies teilweise möglich.
Praktische Anwendungen erfolgen z.B. in der die Angewandten Geophysik zur Erkundung unterirdischer Lagerstätten. Für diese sogenannte Exploration sind Gravimetrie (Schweremessung), Seismik und Geomagnetik die wichtigsten Messmethoden. Auch in der Atomphysik, in der Himmelsmechanik oder bei der Geoidbestimmung sind Potentialmodelle unentbehrlich.
Ist der Außenraum nicht quellfrei - d.h. enthält er geringe Massen oder Ladungen - so müssen diese extra berücksichtigt werden. So entstehen z.B. Bahnstörungen an künstlichen Erdsatelliten durch die Erdatmosphäre, durch andere Himmelskörper und durch die Elliptizität der Erde. In der Elektrotechnik treten vergleichbare Effekte auf, wenn z.B. ein elektrischer Leiter nicht exakt als symmetrischer oder Hohlkörper dargestellt werden kann.
