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Übungen zur Elektrodynamik, WS 2010/11 Blatt 4

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Prof. Dr. W.G. Schmidt

Übungen zur Elektrodynamik, WS 2010/11 Blatt 4

Abgabetermin: 5.11.2010

1. Ladungsverteilung vor Metallkugel

Gegeben sei eine geerdete Metallkugel (Potential Φ = 0) mit dem Radius R und dem Mittelpunkt im Ursprung. Auÿerhalb der Kugel bendet sich die Ladungs- verteilung ρ(~r). Zu berechnen ist das Potential Φ(~r) für r > R:

(a) Zeigen Sie, dass die folgende Funktion die Greensche Funktion des gegebenen Randwertproblems ist:

G(~r, ~r0) = 1 4π

1

|~r−~r0| − R/r0

|~r−R2~r0/r02|

. (1)

(b) Die Ladungsverteilung ist eine Punktladung am Ort~r1 (r1 > R).

i. Berechnen Sie das Potential auÿerhalb der Kugel und die Inuenzladung auf der Oberächeσ =0rΦ(r)|r=R !

ii. Zeichnen Sie die Oberächenladungsdichte in Abhängigkeit vom Winkel zwischen~r und~r1!

(c) Für eine linienförmige Ladungsverteilung entlang der z-Achse vonabisa+b (a > R, b > 0) und der Gesamtladung Q ist das Potential für r > R zu berechnen!

2. Harmonischer Oszillator

Die Dierentialgleichung des harmonischen Oszillators mit der Störung g(t) lau- tet:

t2f(t) +a ∂tf(t) +b2f(t) =g(t). (2) Zu ermitteln ist die spezielle Lösung fs(t) mit Hilfe der Greenschen Funktion G(t, t0)des Operators (∂t2+a ∂t+b2).

(a) Berechnen Sie die Fouriertransformierte der Greenschen FunktionG(ω)! Wie lautet die Integraldarstellung vonG(t, t0)?

(b) Es seien

i. g1(t) = e−iω0t ii. g2(t) = t·sin(ω0t)

Berechnen Sie die zugehörigen speziellen Lösungen fs,1(t) und fs,2(t)! 3. Unendlich ausgedehnte Linienladung vor Metallplatte

In der Ebene x = 0 bendet sich eine geerdete Metallwand. Durch den Punkt (a,0,0)(a >0) und parallel zur z-Achse verläuft ein unendlich ausgedehnter Stab mit der Ladung pro Länge ∆L∆q =σ. Zu berechnen ist das elektrische Feld für den Halbraum x >0.

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