Experimentalphysik I Elektrizität und Magnetismus. Vorlesungsergänzung (VE), Wintersemester 2017 Modulnummern PTI 216 und PTI 416

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1 Experimentalphysik I Elektrizität und Magnetismus Vorlesungsergänzung (VE), Wintersemester 2017 Modulnummern PTI 216 und PTI 416

2 Experimentalphysik I - Elektromagnetismus, Inhalt Vorlesungsinhalte zum Elektromagnetismus Literaturhinweise VE 1.1: Kräfte zwischen ruhenden Ladungen VE 1.2: Elektrische Feldstärke Übungsaufgaben 2 Prof. S. Braun

3 Vorlesungsinhalte Elektromagnetismus Wintersemester 2017 / Elektrostatik 1.1 Kräfte zwischen ruhenden Ladungen 1.2 Elektrische Feldstärke 1.3 Gaußsches Gesetz der Elektrostatik 1.4 Potenzial und Spannung 1.5 Metallische Leiter im elektrischen Feld

4 Vorlesungsinhalte Elektromagnetismus Sommersemester Elektrostatik 1.6 Kondensator 1.7 Geladene Teilchen im elektrischen Feld 1.8 Dielektrika im elektrischen Feld 1.9 Elektrischer Strom 2 Magnetostatische Felder (Kraftwirkung, Magnetfelder elektr. Ströme) 3 Zeitabhängige Felder (Induktionsgesetz, Verschiebungsstrom, elektromagnetische Wellen)

5 Literaturhinweise - Lehrbücher Halliday, David: Physik, Bachelor-Edition, Wiley-VCH (in HSB verfügbar) Tipler, Paul A.: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, Springer-Verlag (HSB oder online unter diesem Link) Lüders, Klaus: Pohls Einführung in die Physik, Band 2: Elektrizitätslehre und Optik, Springer-Verlag (HSB oder online unter diesem Link) Otten, Ernst Wilhelm: Repetitorium Experimentalphysik, Springer-Verlag (HSB oder online unter diesem Link) 5 0 Prof. S. Braun

6 Literaturhinweise - Aufgabensammlungen Stroppe, Heribert: Physik Beispiele und Aufgaben, Band 2: Elektrizität und Magnetismus, Schwingungen und Wellen, Atom- und Kernphysik, Hanser-Verlag (in HSB verfügbar, online sind die Aufgaben auch unter zu finden) Müller, Peter: Übungsbuch Physik Grundlagen, Kontrollfragen, Beispiele, Aufgaben, Hanser-Verlag (in HSB verfügbar) 6 0 Prof. S. Braun

7 VE 1.1: Kräfte zwischen ruhenden Ladungen Existenz zweier Ladungstypen: positiv, negativ Formelzeichen: Q, q Physikalische Einheit: [Q] = C (Coulomb) = 1 A s Ladungstrennung z. B. durch Reibung (Triboelektrizität) Diskrete Ladungsmengen: q = n e (n ganze Zahl, e Elementarladung mit e = 1, C) Kräfte zwischen Ladungen: anziehend und abstoßend COULOMB sches Gesetz

8 VE 1.1: Kräfte zwischen ruhenden Ladungen Kräfte bei mehreren Ladungen Berechnung der Kraft auf Punktladung q am Ort r: Superposition (Überlagerung, Addition) aller Einzelkräfte zur Gesamtkraft allgemeines COULOMB sches Kraftgesetz

9 VE 1.2: Elektrische Feldstärke Probeladung q sei sehr klein im Vergleich zu allen Q i Unabhängig der Existenz von q ist die Wirkung aller Q i vorhanden => Einführung der Feldgröße E als elektrisches Feld E soll unabhängig von der konkreten Probeladung q sein Definition: Definition des elektrischen Feldes E ergibt: Elektrisches Feld einer diskreten Ladungsverteilung

10 VE 1.2: Elektrische Feldstärke Darstellung des E-Feldes mittels Feldlinien Feldlinien symbolisieren die Bahn, auf der sich eine positive Probeladung bewegt Feldliniendichte ist Maß für Feldstärke und wirkende Kraft Beispiele:

11 VE 1.2: Elektrische Feldstärke Elektrisches Feld einer kontinuierlichen Ladungsverteilung Definition der Ladungsdichte Übergang diskret kontinuierlich Übergang Summe Integral Elektrisches Feld einer kontinuierlichen Ladungsverteilung

12 Übungsaufgaben zum Elektromagnetismus Stroppe Nr. 474 Resultierende Feldstärke und Feldkraft zweier Ladungen Zwei positive Punktladungen Q 1 = 400 nc (1 nc = 10-9 C) und Q 2 = 150 nc haben voneinander einen Abstand von 10 cm. a) Wie groß ist die Kraft auf eine genau in der Mitte zwischen den beiden Ladungen befindliche kleine Probeladung q = 10 nc? Wie groß ist die elektrische Feldstärke an dieser Stelle? b) Wie groß sind Feldkraft und Feldstärke, wenn Q 2 negativ ist?

13 Übungsaufgaben zum Elektromagnetismus Stroppe Nr. 486 In den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks von a = 10 cm Seitenlänge befinden sich die Ladungen Q 1 = +1 µc, Q 2 = +2 µc und Q 3 = -3 µc. Man berechne den Betrag der resultierenden Kraft, mit der Q 1 und Q 2 auf Q 3 wirken.