in Stichpunkten (ausführlicher) und Fragen zum
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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
