Physik II f¨ur MWWT Prof. Martin H. M¨user, Lehrstuhl f¨ur Materialsimulation SS 2018

Physik II f¨ ur MWWT

Prof. Martin H. M¨ user, Lehrstuhl f¨ ur Materialsimulation

SS 2018

Ubungsblatt 2 ¨ Elektrische Feldlinien

Geben Sie bitte 3 der 5 regul¨ aren ¨ Ubungsaufgaben ab. Sie d¨ urfen dazu Zweiergruppen bilden.

Punkte aus Zusatzaufgaben werden dazu addiert. Die L¨ osungswege m¨ ussen nachvollziehbar sein. Das in der Vorlesung behandelte Material darf als bekannt vorausgesetzt werden. Es darf aber weder von Quellen ohne deren Angabe kopiert werden, noch d¨ urfen L¨ osungen Dritten zur Verf¨ ugung gestellt werden. Bei offensichtlicher Zuwiderhandlung behalten wir uns vor, das Ubungsblatt mit null Punkten zu bewerten. Formeln aus dem Skript d¨ ¨ urfen als gegeben vor- ausgesetzt werden.

Abgabetermin: 24.04.2018 vor der ¨ Ubung 1. Feldlinien an Metallen

Skizzieren Sie Feldlinien und die durch die positive Ladung im Metall induzierte Ladungs-

verteilung in der hier gezeigten Anordnung. [10 Punkte]

2. Dipol vor Metall

Betrachten Sie ein NaCl Molek¨ ul (Q

= −Q

= e, a = 2.4˚ A), das sich in einem Ab- stand von 2 nm vor einer Metalloberfl¨ ache befindet. Bestimmen Sie durch “brute-force”

Summation, ob sich das Molek¨ ul senkrecht zur Oberfl¨ ache ausrichten will oder senkrecht zur

Oberfl¨ achennormale. [10 Punkte]

3. Feld einer endlich dicken, homogen geladenen Platte

W¨ ahlen Sie eine der beiden Ihnen bekannten Methoden, um das elektrische Feld einer fla- chen Platte der Dicke d zu berechnen. Die Platte darf in der Ebene als unendlich groß angenommen werden. Ihre r¨ aumlich konstante Raumladungsdichte betr¨ agt ρ. [10 Punkte]

4. Braunsche R¨ ohre

Ein Elektron (q = −1,602 · 10

, m = 9,109 · 10

) trete mit der Geschwindigkeit v

= 200 m/s e

in einen Kondensator ein, dessen Oberfl¨ achen senkrecht zu e

stehen.

a) Unter welchem Winkel tritt das Elektron aus dem Kondensator aus, der 1 µm breit sei und in dem sich ein elektrisches Feld E = 0,2276 (V/m) e

befinde? [7 Punkte]

b) Wie groß ist die gesamte Ablenkung des Elektrons in y-Richtung auf einem Schirm, der in 1 cm Abstand vom Kondensator steht? [3 Punkte]

Hinweis: Diese Aufgabe sollten Sie ohne Skript oder Vorlesungsmitschrift l¨ osen (k¨ onnen).

5. Kubischer Gauß

Eine Punktladung sitze im Schwerpunkt eines Kubus mit Kantenl¨ ange a . Geben Sie Richtung und Betrag des ¨ uber eine Seitenfl¨ ache gemittelten elektrischen Feldes an. [10 Punkte]

6. Zusatzaufgabe

Finden Sie eine L¨ osung zu Aufgabe 2, die keine “brute-force” Summation ist. [10 Punkte]

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