Wahlpflichtfach 2
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-1- Vorl. #15 (28. Juni 2010) Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten SS2010 Welle: räumlich ausgebreitete Schwingung 2π → Wellenlänge λ, Wellenvektor k = λ → Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λf laufende Wellen, stehende Wellen Polarisation: longitudinale Wellen, transversale Wellen Ausbreitung: Kugelwellen, ebene Wellen Reflexion, Brechung, Absorption Interferenz, Beugung: Nachweis von Welleneigenschaften! Grösse der Struktur ca = λ Dopplereffekt Bewegte Wellenquellen ⇒ Wellen "verziehen" sich ⇒ Frequenz f unterschiedlich je nachdem von wo man "zuhört" Δf = f 0 Δv c Δv: Relativgeschwindigkeit Beispiel: vorbeifahrendes Auto, die Relativgeschwindigkeit Δv in Bezug zum Zuhörer ändert sich von positiv nach negativ, dies gibt dieses typische Geräusch Versuch: rotierende Lautsprecher, Applet V.4. Zusammenfassung Schwingungen und Wellen - Oszillator: schwingungsfähiges System, "Objekt" + "Auslenkung" + "rücktreibende Kraft" → Eigenfrequenz: f 0 , ω 0 ( ω = 2πf ) - Schwingungen: = zeitlich wiederkehrende Änderung der Auslenkung harmonisch: A(t ) = A sin (ωt + ϕ) , 2π → Amplitude A, Perdiodendauer T = , Phase ϕ ω gedämpfte harmonisch: Amplitude nimmt exp. ab; nicht-harmonisch: Grundton + Obertöne erzwungene Schwingung: Resonanz, hängt von Dämpfung ab, Phasenverschiebung - Wellen: sich räumlich ausbreitende Schwingung 2π , Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λf → Wellenlänge λ oder Wellenvektor k = λ harmonisch: A(t , x) = A0 sin (ωt − kx + ϕ) Reflexion, Brechung, Absorption, Interferenz, Beugung, Dopplereffekt -2- Vorl. #15 (28. Juni 2010) VI. Elektrizitätslehre das neue physikalische Objekt welches hier untersucht wird ist die elektrische Ladung zur Beschreibung dessen Verhalten werden neue "Objekte" benötigt, nämlich die elektrischen und magnetischen Felder grundsätzliche Eigenschaften der Ladungen: - die Ladung Q kann positv oder negativ sein. - sie besteht aus Elementarladungen: Q = Nq , mit q: Elementarladung, Versuch: Reibestab an Elektrometer, Kondensator mit Tischtennisball, Ladungstrennungsexperiment, Wasserstrahl → es werden nun zunächst einige Konzepte theoretisch eingeführt, und dann an Beispielen veranschaulicht VI.1. Ruhende elektrische Ladungen VI.1.a Coulomb-Kraft zwischen Ladungen wirkt eine Kraft für die Kraft zwischen zwei Punktladungen gilt q1 q 2 4πεε 0 r 2 die Kraft ist für gleichsinnig geladene Ladungen abstossend, ansonsten anziehend F= Betrag: Richtung: Bemerkung: Kraft ist ein Vektor r formal lässt sich schreiben: Kraft durch Ladung 1 auf die Ladung 2: F12 = r r q1 q 2 r2 − r1 4πεε 0 r 2 r VI.1.b elektrisches Feld um das Verhalten einer Ladung q aufgrund der Kräfte die durch andere Ladungen erzeugt werden, ist es sehr nützlich das elektrische Feld einzuführen. Das Coulomb-Gesetz lässt sich schreiben als q2 = qE 4πεε 0 r 2 Das elektrische Feld ist so definiert, dass für die Kraft auf die Ladung gilt: F =q r r F = qE Vorteil: man hat so Quelle und Wirkung getrennt Beispiel: eine Punktladung q im Feld einer anderen Punktladung q2 -3F = qE aufgrund _ Ladung _ q 2 mit E aufgrund _ Ladung _ q 2 = Vorl. #15 (28. Juni 2010) q2 4πεε 0 r 2 BILD des E-Felds!!!! Bemerkung: - wie die Kraft ist auch das elektrische Feld ein Vektor - das elektrische Feld hängt i.A. von r ab - der Übergang von der Kraft zum elektrischen Feld ist nicht notwendig, aber nützlich, ist also ein Abstraktion Versuch: Feldlinienexperiment VI.1.c elektrisches Potential und elektrische Spannung oft ist noch eine weiterer Schritt, bzw. Abstraktion, von Nutzen, nämlich der Schritt vom elektrischen Feld zum elektrischen Potential r el. Potential Φ( x ): r r r r r ⎛ dΦ ( x ) dΦ ( x ) dΦ ( x ) ⎞ ⎟ E ( x ) = −⎜⎜ , , dy dz ⎟⎠ ⎝ dx r r r E (x ) = - Steigung von Φ am Ort x VGL mit Berg, Höhenlinien el. Spannung = Potentialunterschied U = Φ(2) - Φ(1) Vorteil: - statt mit einem Vektor können wir wieder mit einem Skalar arbeiten! - z.B. elektrische Potentialdifferenzen lassen sich leicht direkt messen Beispiel: Potential einer Punktladung q r 1 q Φ( x ) = 4πεε 0 r BILD des Potentials!!!! ACHTUNG: darauf achten welche Ladung was macht!
