Versuch 2 – Modellierung des elektrischen Feldes

Versuch 2 – Modellierung des elektrischen
Feldes eines Plattenkondensators
Professur Theoretische Physik, insbesondere Computerphysik
Betreuer: M.Sc. Karsten Schwalbe, P213
Ort: Computerpool P205
Versuchsbeschreibung
Der ideale Plattenkondensator, d.h. zwei gegensätzlich geladene ebene Platten unendlicher
Ausdehnung im Abstand d, ist ein aus theoretischer Sicht gut verstandener Gegenstand der
Elektrodynamik. Reale Plattenkondensatoren besitzen aufgrund ihrer endlichen Ausdehnung
nur genähert die gleichen Eigenschaften. Ziel des Praktikumsversuchs ist es, diese Diskrepanz
anhand der elektrischen Feldstärke systematisch zu untersuchen.
Ausgangspunkt der Modellierung soll eine Betrachtung der beiden Platten des Kondensators
als regelmäßige Anordnung von Punktladungen sein. Darauf aufbauend erfolgt eine numerische
Berechnung und Darstellung des elektrischen Feldes dieser Anordnung. Der hierfür notwendige
Algorithmus soll selbstständig und unter dem Gesichtspunkt einer Laufzeitminimierung erarbeitet
werden. Anschließend wird der Unterschied zum idealen Plattenkondensator für die Bereiche
Innen- bzw. Außenfeld in Abhängigkeit der Simulationsparameter, welche selbstständig zu
identifizieren sind, diskutiert. Entsprechend geeignete Kennwerte zur Quantifizierung dieser
Diskrepanz und deren Darstellung werden selbstständig erarbeitet.
Anschließend soll untersucht werden, inwieweit diese Unterschiede sich auf resultierende Größen
auswirken. Dazu soll die Bewegung eines Elektrons, das durch den Kondensator abgelenkt wird,
simuliert werden (vergleiche Elektronenstrahlröhre) und der Einfluss auf die Bahnkurve ermittelt
werden.
Voraussetzung für den Praktikumsversuch
Für den Praktikumsversuch werden Kenntnisse in Elektrodynamik, Numerik und einer selbst
gewählten Programmiersprache vorausgesetzt.
Stichworte: Plattenkondensator, Coulombkraft, elektrisches Feld, Elektronenstrahlröhre, numerische Integration von Bewegungsgleichungen.
Versuchsziel
Die Modellierung eines physikalischen Systems soll geübt werden. Durch die Auswertung der
Simulationsergebnisse soll das Verständnis für den Unterschied zwischen realen und idealen
physikalischen Systemen gesteigert werden.
Es wird großer Wert auf eigenständiges Arbeiten gelegt. Alle Schritte sind unter dem Gesichtspunkt guter wissenschaftlicher Arbeit zu dokumentieren.