Physik Grundkurs II Zur 3. Vorlesung am Mittwoch, 04.11.2009 Inhalt

Physik Grundkurs II
Zur 3. Vorlesung am Mittwoch, 04.11.2009
Inhalt in Stichpunkten:
Reibungselektrizität; 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. Feld um
eine Punktladung mit beiden Darstellungs-Methoden. Feldlinien kreuzen sich nicht. Polarisation im
elektrischen Feld; elektrischer Dipol; Drehmoment auf elektrischen Dipol.
Fragen zum Verständnis:
3-1.) Die Abbildung zeigt zwei geladene leitfähige Kugeln, die einander
angenähert werden. Dadurch verteilen sich die Ladungen auf den
Kugeln und der Abstand zwischen den Ladungs-Schwerpunkten
ist nicht gleich dem Abstand der Mittelpunkte der Kugeln.
(a) Ist der Betrag der elektrostatischen Kraft zwischen den
beiden Kugeln in der Abbildung größer oder kleiner als wenn die
Ladungen in den Mittelpunkten der Kugeln konzentriert wären?
(b) Wie ist das für den Fall, dass eine der beiden Kugeln negativ
geladen ist?
3-2.) 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?
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 ?
3-1.) (a) kleiner, (b) größer. 3-2.) (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. 3-3.) (a) nach links, (b) auch nach links, aber
dreimal so groß, (c) ja, (d) nach unten.
3-3.)
Fragen aus Mazur: Mechanics Chapters