Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde. Sommersemester VL #2 am
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- Erich Kopp
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1 Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde Sommersemester 2007 VL #2 am Vladimir Dyakonov Inhalt Elektrizitätslehre Magnetismus Wellenlehre - Optik Atomphysik Kernphysik Folien: 1
2 Grundlage der Elektrizitätslehre... ist die elektrische Ladung Elektron + Positron (griechisch ηλεκτρον Bernstein ) γ e + +e - (1022keV 511keV+511keV) Geht auch einfacher: Experiment: geladener Ballon 2
3 Van de Graaf Generator Kugel geladen 5 6 Luftballon: positive geladene Kugel (wichtig: die Ladung muss definiert sein!) Glas-Seide: Glas + ve, Seide - ve Kunststoff-Wolle: Kunststoff - ve, Wolle + ve 3
4 ... und noch einfacher: Experiment: Reibungselektrizität Reiben von verschiedenen Materialien: Thales von Milet ( v. Chr.) war bekannt, dass ein mit einem Wolltuch geriebener Bernstein leichte Gegenstände wie Watte o.ä. anzieht. Reibungselektrizität Modellvorstellung zur Reibungselektrizität Atome sind neutral Entferntes Elektron Atome werden positiv (Ionen) Positive Ladung Restatom ist ortsfest negative Ladung abtrennbar geht auf anderen Körper über 4
5 Übergang von Elektronen Glasstab Seidentuch: Elektronen gehen von Glas auf Seide Glasstab positiv geladen Seidentuch negativ geladen hohe Elektronenaffinität Teflon PVC Schwefel Gummi Wolle Nylon Glas Katzenfell geringe Elektronenaffinität Nehmen Elektronen auf Geben Elektronen ab Eigenschaften der Ladungen Charles Dufay ( ): Es gibt zwei Arten von Elektrizität gibt: Glas-Elektrizität (électricité vitreuse) und die Harz-Elektrizität (électricité résineuse). Später führte Franklin die Begriffe "Positive Elektrizität" und "Negative Elektrizität" ein. 5
6 Kräfte auf Ladungen Zwei Körper mit gleicher Ladung stoßen sich ab; haben sie entgegengesetzte Ladung, so ziehen sie sich an Ladungsmessung Elektroskope: Blättchen, Braun sches, Wulf sches, Bohnenberg sches,... Z.B. Blättchen Elektroskop Metallstange + 2 Alufolien-Blättchen; Die Folien spreizen immer auseinander, da sie die gleiche Ladung haben (egal + oder -)!!! 6
7 Versuch: Der Struwwelpeter Shock-headed Peter Influenz keine Ladungsübertragung zwischen Stab und Kugel/Elektroskop + -ve Ladungen im Elektroskop werden angezogen, falls sie sich bewegen können 7
8 Faraday-Becher Ladungstrennung Trennung zweier zuvor innig berührter verschiedener Stoffe führt zum Ladungsraub. Einer der Stoffe behält an der Oberfläche einen positiven Ladungsüberschuss, der andere einen negativen. Es entsteht Ladungstrennung 8
9 Ladungsausgleich Neutralität Ladungen gleichen sich aus Von außen wie ungeladener Körper Transport von Ladung Was ist der Unterschied zwischen dem Glasstab und dem Metallstab? 9
10 spannung kv Entdeckung des Ladungstransports Stephen Gray ( ): Es gibt Leiter und Nichtleiter; der menschliche Körper ist ein Leiter....War ein Chemiker! Übertragung von Ladungen I Können Ladungen übertragen werden? kv 0 16 kv Metall- / Glasstab Netz Hoch- Metalle übertragen Ladungen Glasstab überträgt Ladung nicht 10
11 Übertragung von Ladungen II Tischtennisball ist unser Shuttle Bei höher Frequenz kann großer Strom fließen! Weitere Eigenschaften der Ladung Ladungsmenge wird in Coulomb gemessen e=± C Ladung ist an Masse gekoppelt Gesamtmenge aller Ladungen ist konstant d.h. Ladung kann nicht erzeugt oder vernichtet werden Ladung ist portioniert gequantelt (Q= N e, wobei N=1, 2, 3,...) Ausnahme sind Quarks : ±1/3e und ±2/3e (bzw. FQHE) Neue Kraft/Wechselwirkung Coulombkraft/Coulombwechselwirkung 11
12 Ladungszustände von Elementarteilchen Elektron -e m 0 Positron +e m 0 Proton +e 1836 m 0 Neutron m 0 Photon 0 0 Neutrino 0 0 Elementarteilchen nehmen trotz Unterschiedlichkeit nur folgende Ladungszustände an +e, -e und 0 e = C; 1 C = 1 Coulomb = 1 As (Amperesekunde) Take-home-message: Es gibt Ladungen, die von einem Körper zum andern übergehen können Zwischen den Ladungen wirken Kräfte Es genügt die Annahme von zwei Ladungsarten: Positive und Negative (wer möchte blau & rot ) Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an Im unbehandelten Zustand sind die Körper elektrisch neutral: Es gibt gleich viele positive wie negative Ladungen. 12
Elektrostatik. Elektrische Ladung. Reiben von verschiedenen Materialien: Kräfte treten auf, die auf Umgebung wirken
Elektrostatik 1. Ladungen Phänomenologie 2. Eigenschaften von Ladungen i. Arten ii. Quantisierung iii. Ladungserhaltung iv.ladungstrennung v. Ladungstransport 3. Kräfte zwischen Ladungen, quantitativ 4.
Elektrostatik. 4 Demonstrationsexperimente verwendete Materialien: Polyestertuch, Kunststoffstäbe (einer frei drehbar gelagert), Glasstab
Elektrostatik 4 Demonstrationsexperimente verwendete Materialien: Polyestertuch, Kunststoffstäbe (einer frei drehbar gelagert), Glasstab Beschreibe und erkläre die Exp. stichpunkartig. Ergebnis: - Es gibt
Elektrostatik. wie 1., ein Stab aus Glas (GS) Anziehung
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