Thomson`s experiment (1897) – determination of the charge-to

Übungen zur Physik II (Elektrizitätslehre und Optik)
Blatt 08
Prof. von Keudell, SS 2010
Abgabe bis Dienstag, 15.6.2010, 13:45, in den Kasten NB5 Süd oder in der Vorlesung
Nur ein Name pro Lösungsblatt, und jedes Blatt mit Namen und Übungsgruppe versehen!
Ansprechpartner ist Jun.-Prof. Dr. Jan Benedikt (NB5/127)
Aufgabe 21: Ebene elektromagnetische Wellen (5 Punkte)
Eine unendlich ausgedehnte, ebene elektromagnetische Welle (Frequenz = 3·109 Hz ) breitet sich im freien
Raum in x-Richtung aus. Die Maximalamplitude der elektrischen Feldstärke E0 beträgt 300 V/m.
a) In welcher Richtung ist die magnetische Feldstärke B orientiert, wenn die elektrische Feldstärke E in yRichtung zeigt? Beantwortung bitte mit Skizze.
b) Drücken Sie die elektrischen bzw. magnetischen Felder E bzw. B durch Einsetzen von Zahlenwerten in
der Form E = E0 cos(kx-t) bzw. B = B0 cos(kx-t +) aus.
c) Welche Leistungsflussdichte S wird mit der Welle im Zeitmittel transportiert?
d) In welche Richtung wird Energie transportiert?
Aufgabe 22: Strahlungsdruck (3 Punkte)
Ein kleines, kugelförmiges Partikel (Radius = r) befindet sich im freien Raum, in einem Abstand von 3,75·108
km vom Sonnenmittelpunkt. An dieser Stelle betrage die Bestrahlungsstärke durch elektromagnetische
Wellen im Zeitmittel 214 W/m2. Nehmen Sie ferner an, dass das Teilchen eine vollständig absorbierende
Oberfläche hat und eine Massendichte von 1,5·103 kg / m3 aufweist.
Berechnen Sie den Partikelradius r, bei dem sich die vom Strahlungsdruck der Sonne und von der
Gravitationsanziehung der Sonne auf das Teilchen ausgeübten Kräfte im Gleichgewicht befinden.
Hinweis: Druck = Energiedichte = Kraft/Kugelquerschnittsfläche; Leistungsflussdichte = Energiedichte x
Lichtgeschwindigkeit.
Aufgabe 23: Lichtgeschwindigkeitsmessung nach Fizeau (2 Punkte)
Sie wollen die Größe der Lichtgeschwindigkeit nach der Methode von Fizeau (vgl. Vorlesung) bestimmen
und benutzen ein Zahnrad mit 240 Zähnen. Mit welcher Frequenz f muss das Zahnrad rotieren, damit das
Licht das beim ersten Durchgang durch eine “Zahnlücke“ trifft, auf dem Rückweg durch einen
dazwischengetretenen Zahn nicht mehr beobachtet werden kann? Der Spiegel, der den Lichtstrahl reflektiert,
soll in 16 km vom Zahnrad stehen (Zähne und Lücken seien auf dem Zahnrad gleich verteilt).