Elektrizitätslehre und Magnetismus

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1 Elektrizitätslehre und Magnetismus Othmar Marti Institut für Experimentelle Physik Physik, Wirtschaftsphysik und Lehramt Physik

2 Seite 2 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Nachklausur Statistik: TeilnehmerInnen: 39 bestanden: 30 Maximalpunktzahl: 80 Minimalpunktzahl: 25 Notenspanne: 5 bis 1

3 Seite 3 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Bemerkungen 1. 36,8km/h 23km/h = 1,6 1,62 = 2,56 Bremsweg 2,56m Wie ändert sich die Geschwindigkeit des Wagens?- Abnahme 2.2 Wie ändert sich die Energie des Wagens? konstant, keine Änderung 2.3 Wie ändert sich die kinetische Energie des Wagens? Abnahme 3. 3E 0 da E v 2 4. Lösung: a) B ist nicht in einem Inertialsystem 5. Lösung: überhaupt nicht (Energieerhaltung) oder Abnahme (Hängt von Annahmen ab) 6. Lösung c) Durch die Beschleunigung und die Geschwindigkeitsaddition nehmen alle Grössen ab.

4 Seite 4 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Bemerkung zu Aufgabe 4 Energieerhaltung (r 2 < r 1 ) E kin (r 1 ) = 1 2 mv I v 2 1 r 2 1 E kin (r 2 ) = 1 2 mv I v 2 2 r 2 2 = v = v ( ( m + I r 2 1 m + I r 2 2 Wenn I = 0 dann bleibt die kinetische Energie erhalten und v 1 = v 2 Wenn I > 0 nimmt die Geschwindigkeit ab: v 2 < v 1 ) )

5 Seite 5 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Präzisierung zu den Seminarübungen Studierende im 3.Semester (Diplom) sowie des Lehramtes Anwesenheitspflicht! Sie müssen an 10 von 13 Terminen anwesend sein oder alle Hausaufgaben abgegeben haben! 60% der Aufgaben votiert Nur dann werden Sie zur Scheinklausur zugelassen. (Es gelten die alten Regeln für das Diplom/Lehramt) Studierende der Bachelor-Studiengänge Anwesenheitspflicht! Sie müssen an 10 von 11 Terminen anwesend sein

6 Seite 6 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Ladungserhaltung Ladungen können nur paarweise entstehen (jeweils die gleiche negative und positive Ladung). Die Gesamtladung in einem abgeschlossenen System ist konstant.

7 Seite 7 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Elektrostatisches Feld Wir definieren E(r) = lim q 0 F (r) q Das elektrische Feld der Ladung Q ist durch gegeben. E(r) = 1 Q r 12 4πɛ 0 r12 2 r 12

8 Seite 8 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Elektrische Felder von Ladungsverteilungen E(r) = N i=0 E(r r i ) = 1 4πɛ 0 N i=0 q i r r i 2 r r i r r i E(r 0 ) = 1 4πɛ 0 Q(r) ρ el (r) = lim V 0 V ρ el (r) r 0 r 2 r 0 r r 0 r dv

9 Seite 9 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Berechnung der eingeschlossenen Ladung Approximation von beliebigen Oberflächen durch Kugelsegmente. Approximation einer kontinuierlichen Ladungsverteilung durch Punktladungen.

10 Seite 10 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Dielektrische Verschiebung D(r) = ɛ 0 E(r) Die Einheit der dielektrischen Verschiebung ist [D] = C/m 2 = As/m 2 a D(r) da(r) = D(r) n(r)da(r) A = Q in A = ρ el (r)dv V (A) divd(r) = ρ el (r)

11 Seite 11 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Dipole Kräfte auf einen Dipol im homogenen elektrischen Feld M = l F = (ql) (F /q) = p E

12 Seite 12 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Geladene Kugelschale

13 Seite 13 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Kugelschale 2 E-Feld einer Kugelschale E(x) 1.5 E 1 E r = 0 E r = Q/(4π ε 0 r 2 ) r

14 Seite 14 Physik Klassische und Relativistische Mechanik geladene Kugel E-Feld einer homogen geladenen Kugel 2 E r = Qr/(4π ε 0 R 2 ) Ek(x) 1.5 E 1 E r = Q/(4π ε 0 r 2 ) r

15 Seite 15 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Robert Jemison VAN DE GRAAFF ( )

16 Seite 16 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Integrationsfläche

17 Seite 17 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Integrationsfläche Elektrisches Feld um eine endliche Platte.

18 Seite 18 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Elektrisches Feld ungleich geladener Flächen

19 Seite 19 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Elektrisches Feld gleich geladener Flächen

20 Seite 20 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Inneres eines Leiters Leiter haben in ihrem Inneren keine statischen elektrischen Felder.

21 Seite 21 Physik Klassische und Relativistische Mechanik Integrationsfläche