Vorkurs Physik des MINT-Kollegs
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- Magdalena Diefenbach
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1 Vorkurs Physik des MINT-Kollegs Elektrizitätslehre MINT-Kolleg Baden-Württemberg 1 KIT Universität desdr. Landes Gunther Baden-Württemberg Weyreter - Vorkurs und Physik nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft Universität Stuttgart
2 Einführung Klassische Mechanik Elektrizitätslehre Magnetismus Optik Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
3 Ladungen Elementarladung: e = 1, C Q = N e, N N gleiche Ladungen stoßen sich ab ungleiche Ladungen ziehen sich an Ladungserhaltung Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
4 Ladungen Elementarladung: e = 1, C Q = N e, N N gleiche Ladungen stoßen sich ab ungleiche Ladungen ziehen sich an Ladungserhaltung Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
5 Ladungen Elementarladung: e = 1, C Q = N e, N N gleiche Ladungen stoßen sich ab ungleiche Ladungen ziehen sich an Ladungserhaltung Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
6 Ladungen Elementarladung: e = 1, C Q = N e, N N gleiche Ladungen stoßen sich ab ungleiche Ladungen ziehen sich an Ladungserhaltung Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
7 Ladungen Elementarladung: e = 1, C Q = N e, N N gleiche Ladungen stoßen sich ab ungleiche Ladungen ziehen sich an Ladungserhaltung Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
8 Felder In jedem Raumpunkt ist die Kraftwirkung definiert Veranschaulichung durch Feldlinien: Richtung: Von Plus nach Minus Dichte: Stärke des Feldes Plattenkondensator: homogenes Feld Punktladungen: Zentralkraftfelder Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
9 Felder In jedem Raumpunkt ist die Kraftwirkung definiert Veranschaulichung durch Feldlinien: Richtung: Von Plus nach Minus Dichte: Stärke des Feldes Plattenkondensator: homogenes Feld Punktladungen: Zentralkraftfelder Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
10 Felder In jedem Raumpunkt ist die Kraftwirkung definiert Veranschaulichung durch Feldlinien: Richtung: Von Plus nach Minus Dichte: Stärke des Feldes Plattenkondensator: homogenes Feld Punktladungen: Zentralkraftfelder Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
11 Felder In jedem Raumpunkt ist die Kraftwirkung definiert Veranschaulichung durch Feldlinien: Richtung: Von Plus nach Minus Dichte: Stärke des Feldes Plattenkondensator: homogenes Feld Punktladungen: Zentralkraftfelder Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
12 Felder In jedem Raumpunkt ist die Kraftwirkung definiert Veranschaulichung durch Feldlinien: Richtung: Von Plus nach Minus Dichte: Stärke des Feldes Plattenkondensator: homogenes Feld Punktladungen: Zentralkraftfelder Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
13 Felder In jedem Raumpunkt ist die Kraftwirkung definiert Veranschaulichung durch Feldlinien: Richtung: Von Plus nach Minus Dichte: Stärke des Feldes Plattenkondensator: homogenes Feld Punktladungen: Zentralkraftfelder Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
14 Coulomb-Kraft: wirkt zwischen zwei Punktladungen Definition (Coulomb-Kraft) elektrisches Feld Definition (elektrisches Feld) 1 q Q F = 4πɛ 0 ( r 1 r) 2 r 1 r r 1 r F E = q = 1 Q 4πɛ 0 ( r 0 r 1 ) 2 r 0 r 1 r 0 r 1 (1) (2) Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
15 Aufgaben Aufgabe: Wasserstoffatom Wie groß ist die Coulomb-Kraft zwischen Proton und Elektron im Wasserstoffatom, wenn deren Abstand r = 53 pm beträgt? Antworten: a) 7,2 nn b) 82 nn c) 72 pn d) 8,2 pn Vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit der Gravitationskraft zwischen Elektron und Proton, wenn deren Massen 1, kg und 9, kg betragen Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
16 Aufgaben Aufgabe: Öltropfen im E-Feld Sie wollen einen kugelförmigen Öltropfen (ρ = 0,9 g ) mit dem Radius cm 3 r =1 µm in einem Kondensator (untere Platte negativ geladen, obere Platte positiv geladen) zum Schweben bringen. In dem Kondensator herrscht ein elektrisches Feld von E = 5000 C N. Mit wie vielen Elektronen müssen Sie den Öltropfen aufladen? Antworten: a) 3 b) 6 c) 12 d) Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
17 Aufgaben Aufgabe: Sauerstoffatom im Teilchenbeschleuniger In einem Teilchenbeschleuniger wird ein zweifach ionisiertes Sauerstoffatom ( 16 8 O2+ )mit einer Spannung von 1,5 MV beschleunigt. Wie schnell wird es maximal? Antworten: a) m s b) m s c) m s d) m s Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
18 Potential und Spannung Das Potential kann aus der Definition der Arbeit berechnet werden. Potential für eine Probeladung die im Feld einer Punktladung vom Unendlichen zum Ort r geschoben wird: W ( r) = q Q 1 4πɛ 0 r Die Spannung ist das Wegintegral des E-Feldes: U = W q = Ed s (3) für eine Punktquelle ist das U( r) = Q 1 4πɛ 0 r Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
19 Stromkreise Leiter Leiterverbindung Widerstand Schalter Batterie Lampe Messgerät Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
20 Widerstände wirkt in einem Netzwerk zwischen zwei Punkten mit der Potentialdifferenz U Definition (Ohmsches Gesetz) Einheit des Widerstandes: [R] = Ohm (Ω) U = R I (4) Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
21 Aufgaben Aufgabe: Netzwerk Welcher Strom fließt in folgendem Stromkreis durch die 9 V-Batterie: Antworten: a) 0,24 A b) 0,48 A c) 24 A d) 58 A Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
22 Schaltungen von Widerständen seriell (hintereinander): parallel: R ges = 1 R ges = n R i (5) i=1 n i=1 1 R i (6) Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
23 Aufgaben Aufgabe: Netzwerk 2 Berechnen Sie den Gesamtwiderstand der folgenden Schaltung, wobei alle Widerstände 100 Ω betragen. Antworten: a) Ω b) Ω c) Ω d) Ω Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
24 Einführung Klassische Mechanik Elektrizitätslehre Magnetismus Optik Dr. Gunther Weyreter - Vorkurs Physik
25 Skript_Elektrostatik Seite 1 Elektrostatik Montag, 9. September :01
26 Skript_Elektrostatik Seite 2 2. Elektrisches Feld Montag, 9. September :51
27 Montag, 9. September :03 Skript_Elektrostatik Seite 3
28 Dienstag, 10. September :14 Skript_Elektrostatik Seite 4
29 Dienstag, 10. September :45 Skript_Elektrostatik Seite 5
30 Dienstag, 10. September :07 Skript_Elektrostatik Seite 6
31 Skript_Elektrostatik Seite 7
32 Dienstag, 10. September :35 Skript_Elektrostatik Seite 8
33 Skript_Elektrostatik Seite 9 Elektrischer Strom Mittwoch, 11. September :33
34 Mittwoch, 11. September :36 Skript_Elektrostatik Seite 10
35 Mittwoch, 11. September :04 Skript_Elektrostatik Seite 11
36 Mittwoch, 11. September :23 Skript_Elektrostatik Seite 12
37 Mittwoch, 11. September :39 Skript_Elektrostatik Seite 13
38 Mittwoch, 11. September :48 Skript_Elektrostatik Seite 14
39 Donnerstag, 12. September :45 Skript_Elektrostatik Seite 15
40 Skript_Elektrostatik Seite 16
41 Donnerstag, 12. September :13 Skript_Elektrostatik Seite 17
42 Donnerstag, 12. September :10 Skript_Elektrostatik Seite 18
43 Donnerstag, 12. September :39 Skript_Elektrostatik Seite 19
44 Donnerstag, 12. September :56 Skript_Elektrostatik Seite 20
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