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Physik Grundkurs II
Zur 4. Vorlesung am Donnerstag, 05.11.2009
Inhalt in Stichpunkten:
Polarisation im elektrischen Feld; Kraft auf einen Dipol im inhomogenen elektrischen Feld;
Feldlinienbilder: um zwei gleichnamige Ladungen und um zwei entgegengesetzte Ladungen
(elektrischer Dipol) als Überlagerung der Kraft auf eine Probeladung aus zwei Coulomb-Kräften;
Feldlinienbild: Platten mit entgegengesetzter Ladung (homogenes Feld); Feldlinienbild: Spitze
gegenüber Platte – an einer Spitze ist eine hohe elektrische Feldstärke; Feldlinienbild: Kreisring
gegenüber Platte – Faraday’scher Käfig; Fluss des elektrischen Felds; Fluss des elektrischen Felds
durch eine Gaußsche Fläche; Der Gaußsche Satz.
Fragen zum Verständnis:
Die Abbildung soll in Teil a) und b) jeweils ein
elektrisches Feld darstellen. Gezeigt sind die Vektoren des
elektrischen Felds jeweils an den Orten A und B. (Hier
ist also die Visualisierungs-Methode Vektoren auf einem
”
Gitter“ verwendet und nicht die Visualisierungs-Methode
Feldlinien“.) Zeigen beide Bilder ein mögliches elektrisches
”
Feld?
4-1.)
4-2.) Die Abbildung zeigt drei elektrische Feldlinien. Welche
Richtung hat die elektrostatische Kraft auf eine negative
Probeladung (a) im Punkt A, (b) im Punkt B? (c)
In welchem Punkt (A oder B) wird der Betrag der
Beschleunigung der Probeladung größer sein, wenn sie
losgelassen wird?
Die Abbildung zeigt drei nichtleitende Stäbe. Einer von
ihnen ist zu einem halben Kreisring gebogen, die beiden
anderen sind gerade. Jeder der Stäbe trägt auf seiner
oberen Hälfte eine homogen verteilte Ladung vom Betrag
Q, auf der unteren Hälfte eine Ladung vom gleichen Betrag.
Welches ist in jedem der drei Fälle die Richtung des
resultierenden elektrischen Felds im Punkt P?
4-3.)
4-4.) Wie funktioniert ein Blitzableiter?
4-5.) Die
Abbildung
zeigt
ein
Feldlinienbild.
Der
Feldlinienabstand auf der linken Seite ist doppelt so
groß wie der Abstand auf der rechten Seite. (a) Der
Betrag des elektrischen Felds im Punkt A sei 40 N/C.
Welche elektrostatische Kraft wirkt auf ein Proton im
Punkt? (b) Welchen Betrag hat das Feld im Punkt B,
ausgedrückt in den Einheiten V/m?
~ beschreibt einen Proportionalität zwischen einem induzierten
4-6.) Die Beziehung ~pinduziert = αE
Dipol-Moment und dem äußeren Elektrischen Feld. α ist die Proportionalitätskonstante, die
sogen. Polarisierbarkeit.
Nun zeigt das Dipol-Moment ~pinduziert von der negativen Ladung
~ von positiven Ladungen zu
des Dipols zur positiven. Dagegen zeigt das elektrische Feld E
negativen. – Ist also zu erwarten, dass die Polarisierbarkeit α negativ ist?
4-1.) ja. 4-2.) (a) nach −x; (b) nach oben und nach links; (c) A. 4-3.) (a) in +y -Richtung; (b) in +x-Richtung; (c)
in −y -Richtung. 4-4.) s. Bergmann-Schaefer: Experimentalphysik Bd. 2, Kap. 10.3.4. 4-5.) (a) 6,4 · 10−18 N nach links; (b)
10 V/m, wenn man annimmt, dass links die Feldlinien im Dreidimensionalen auf den doppelten Abstand auseinander gehen, Wenn
die Feldlininen in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene nicht auseinander gehen, dann 20 V/m. 4-6.) Nein, positiv.
Fragen 2, 3 und 5 aus Halliday-Resnick-Walker: Physik, Frage 6 aus Mazur: Mechanics Chapters