Blatt 2 Frühjahrssemester 2009 Übungen zur Einführung
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Blatt 2 Frühjahrssemester 2009 Übungen zur Einführung in die Physik II für Studierende der Physik, Nanowissenschaften, Informatik, Chemie und Mathematik http://nanolab.unibas.ch/teaching/teaching.htm 26. 02. 2009 __________________________________________________________________________________________ 1. Dielektrischer Durchschlag Wie gross ist die maximale Gesamtladung, die ein kugelförmiger Leiter von 20 cm Durchmesser tragen kann, ohne dass ein dielektrischer Durchschlag in Luft erfolgt (Durchschlagfeldstärke in Luft: Emax = 3*106 V/m)? Wie gross ist das Potential der so aufgeladenen Kugel? 2. Elektrisches Feld (Prüfungsaufgabe von letztem Jahr) Eine Punktladung Q (Q > 0) sei im Abstand a vor einer unendlich ausgedehnten metallischen Platte fixiert. a) Machen Sie eine Skizze für die Ebene z = 0, in der Sie Feldlinien und Äquipotentialflächen einzeichnen. b) Zeichnen Sie den Verlauf des elektrostatischen Potentials ϕ entlang der y-Achse ausgehend von negativen y-Werten bis zu y-Werten grösser a. c) Wie gross ist der Betrag des elektrischen Feldes an der Stelle (x,y,z) = (0,0,0) und an der Stelle (a,0,0)? 3. Gaußscher Satz Eine Punktladung vom Betrag 1,8 µC befindet sich im Zentrum eines Würfels mit einer Kantenlänge von 55 cm. a) Wie groß ist der gesamte elektrische Fluss durch die Würfelflächen? b) Wie groß ist der elektrische Fluss durch die Würfelflächen, wenn die Punktladung in einen Eckpunkt des Würfels gebracht wird? 4. Dipol Ein Dipol, bestehend aus zwei Punktladungen +q und –q im Abstand d, sei auf der z-Achse angebracht, so dass die beiden Ladungen jeweils den gleichen Abstand zum Ursprung haben. Eine Probeladung q0 wird vom Punkt x = (1,3,0) zum Punkt y = (2,2,0) bewegt. Welche Arbeit wird dabei verrichtet? Verständnisfragen: 1. Drei gleich grosse positive Ladungen Q befinden sich an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks der Seitenlänge l. Wie gross müsste eine negative Ladung im Mittelpunkt des Dreiecks sein, damit Gleichgewicht der Kräfte bestünde? Wäre dieses Gebilde nach aussen neutral? Hängt das Ergebnis von l ab?
