Vorlesung 1
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1 Caren Hagner [email protected] Mein Arbeitsgebiet: Experimentelle Elementarteilchenphysik, Neutrinophysik Elektr. Tafelanschrieb auf http://neutrino.desy.de/lehre.html Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 2 5. Elektrizität und Magnetismus 5.1. Elektrostatik Versuch: „Erzeugung“ von elektrischer Ladung durch Reibung (Genauer: Die Reibung trennt positive und negative Ladungen) 1. Fell und Hartgummistab Elektronen fließen vom Fell auf den Kunststoffstab. Kunststoffstab ist negativ geladen. - 2. Seidentuch und Glasstab Elektronen fließen vom Glasstab auf das Seidentuch. Glastab ist positiv geladen. - - + - Resultat: Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 3 Quiz 5.1: Gegeben sind 3 Objekte A B A B Stoßen sich ab B C Stoßen sich auch ab C Welche der folgenden Aussagen sind wahr: a) A und C haben Ladungen gleichen Vorzeichens b) A und C haben Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens c) Alle drei Objekte haben Ladungen gleichen Vorzeichens d) Eines der Objekte ist neutral e) Man muss mehr Experimente machen um das Vorzeichen der Ladung jeder Kugel zu bestimmen Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 4 Quiz 5.2: Gegeben sind 3 Objekte A B A B Ziehen sich an B C Stoßen sich ab C Welche der folgenden Aussagen sind wahr: a) A und C haben Ladungen gleichen Vorzeichens b) A und C haben Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens c) Alle drei Objekte haben Ladungen gleichen Vorzeichens d) Eines der Objekte ist neutral e) Man muss mehr Experimente machen um das Vorzeichen der Ladung jeder Kugel zu bestimmen Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 5 Versuch: Van de Graaff Generator Vorrichtung die durch Reibung positive und negative Ladungen trennt. Eine Elektrode wird stark aufgeladen. http://libraries.mit.edu/archives/exhibits/van-de-graaff/ Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 6 Van de Graaff Generator am Hahn-Meitner Institut (Berlin), erzeugt 5 MV (Spannungen > 2MV nur mit Isoliergas, z.B. SF6 mit 1MPa) Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 7 Versuch: Messung der elektrischen Ladung mit Elektrometer 1. Funktionsweise 2. Transport von Ladung mit Becherelektroskop Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 8 Elektrische Leiter: z.B. Elektronen in Metallen, Ionen in Flüssigkeiten Wie sind die Ladungen in einem Metall verteilt? Nichtleiter = Isolatoren: z.B. Glas, Gummi, Kunststoffe Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 9 Influenz Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 10 Einheit der elektrischen Ladung: Die kleinste Einheit der elektrischen Ladung ist die sogenannte Elementarladung e Alle Ladungen die man jemals in Experimenten beobachtet hat, waren Vielfache dieser Ladung! Ladung des Protons: qp = +1e Ladung des Neutrons: qn = 0 Ladung des Elektrons: qe = -1e Achtung:Quarks haben q = -1/3e und q = +2/3e, sie kommen aber nie einzeln vor, sondern nur in solchen Kombinationen die ganzzahliges Vielfaches von e ergeben! Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 11 Coulomb-Gesetz: Wichtig! | F12 | = | F21 | Richtung von F: entlang der Verbindungslinie zwischen den Ladungen F<0 F>0 Experimentalphysik I/II anziehende Kraft abstoßende Kraft Caren Hagner V1 19.12.2007 12 Beispiel 5.1: B A QA = +2µC QB = +6µC + + 5cm Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 13 Beispiel 5.2 (Vektoraddition): B A QA = +2µC QB = +6µC + + 5cm 5cm 5cm C + QC = -2µC Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 14 Das elektrische Feld Eine Ladungsverteilung erzeugt um sich ein elektrisches Feld Einheit: Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 15 Wie kann man ein elektrisches Feld darstellen? Feldlinien: Beispiele: + - + + Regeln für Feldlinien: Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007 16 Experimentalphysik I/II Caren Hagner V1 19.12.2007
