in Stichpunkten (ausführlicher) und Fragen zum

Physik Grundkurs II
Zur 3. Vorlesung am Mittwoch, 31.10.2007
Inhalt in Stichpunkten:
Vorlesungsversuch zur Influenz. Oberflächenladungen. Das Innere eines Metalls ist feldfrei. Das
elektrische Feld; Kraft auf Probeladung; das Feld einer Punktladung. Visualisierung / Darstellung
des elektrischen Felds – Methode I: Vektoren auf einem Gitter. – Methode II: Feldlinien.
Fragen zum Verständnis:
3-1.) Die nebenstehende Abbildung zeigt einen aufgeladenen Stab, der in
die Nähe eines ungeladenen Elektroskops gehalten wird. (Ohne Stab
in der Nähe hängen die Blätter des Elektroskops gerade nach unten –
links im Bild.) (a) Warum spreizen sich die Blätter des Elektroskops
aus, wenn der geladene Stab in die Nähe gehalten wird? (b) Ist das Elektroskop als Ganzes
nun positiv geladen, negativ geladen oder neutral? (c) Wie groß ist der Betrag der positiven
Ladung am oberen Knopf am Elektroskop im Vergleich zur negativen Ladung unten an den
Blättern? (d) Ist die Kraft, die der geladene Stab auf den Knopf am Elektroskop ausübt
anziehend oder abstoßend? Ist die Kraft, die der geladene Stab auf die Blätter im Elektroskop
ausübt anziehend oder abstoßend? Wie groß sind diese beiden Kräfte im Verhältnis zueinander?
3-2.)
Die nebenstehende Abbildung das
elektrische Feld um drei Punktladungen
auf einem Gitter. (a) Eine vierte Ladung
+Q werde an den Ort P1 gebracht.
Welche Richtung hat die Vektor-Summe
der Kräfte, die diese vierte Ladung
von den drei eingezeichneten Ladungen
erfährt? (b) Inwiefern unterscheidet sich
die Vektor-Summe der Kräfte aufgrund
der drei eingezeichneten Ladungen, wenn
an den Ort P1 eine Ladung +3Q anstatt
von +Q gebracht wird? (c) Ändern sich
Betrag und Richtung der Vektor-Summe
der Kräfte aufgrund der drei eingezeichneten Ladungen auf ein geladenes Objekt am Ort P1 ,
wenn die Ladung +2Q halbiert wird? (d) Welche Richtung hat die Vektor-Summe der Kräfte
aufgrund der drei eingezeichneten Ladungen auf einen geladenen Körper mit der Ladung −Q
am Ort P2 ?
3-3.) Die nebenstehende Abbildung zeigt ein Feldlinienbild
mit zwei Ladungen. (a) Welches Vorzeichen haben
die Ladungen? (b) Wie groß sind die Ladungsbeträge
im Vergleich zueinander?
(c) Wie groß sind die
Beträge des elektrischen Felds am Ort P und am
Ort R im Verhältnis zueinander? (d) Im Gebiet auf
der rechten Seite sind keine Feldien. Was können Sie
daraus für das elektrische Feld schliessen?
3-1.) (a) Influenz, (b) neutral, (c) gleich, (d) Kraft auf Knopf: anziehend, Kraft auf Blätter: abstoßend, Kraft auf Knopf ist
größer weil Knopf näher an geladenem Stab. 3-2.) (a) nach links, (b) auch nach links, aber dreimal so groß, (c) ja, (d) nach
unten. 3-3.) (a) links: positiv, rechts: negativ, (b) viermal so groß (im gezeigten zweidimensionalen Schnitt beginnen auf der
linken Ladung doppelt so viele Feldlininen wie auf der rechten enden – im dreidimensionalen ist das ein Faktor vier), (c) bei P
ungefähr 30-mal größer als bei R (ausgedruckt auf einem DIN-A4-Blatt ist in der Zeichnung bei R die Feldlinien-Dichte etwa
1/(4,5 mm)2 und bei P die Feldlinien-Dichte etwa 1/(0,8 mm)2 ), (d) dass das elektrische Feld sehr gering (oder Null) ist (bringt
man eine Probeladung in dieses Gebiet, erfährt sie nahezu keine Kraft, weil sich die Kräfte durch die beiden Ladungen hier nahezu
kompensieren).
Fragen aus Mazur: Mechanics Chapters