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Aufgabe 7: Punktladung innerhalb einer metallischen Hohlkugel

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Academic year: 2021

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Prof. Dr. R. Egger WS 2016/17 Blatt 3

Ubungen zur Vorlesung: Elektrodynamik ¨

Abgabe bis Freitag, 11.11.2016, 12:00 Uhr Ubungstermin: Montag, 14.11.2016¨

Aufgabe 7: Punktladung innerhalb einer metallischen Hohlkugel

14 Punkte

Betrachten Sie ein Punktteilchen der LadungQund Masseman einem beliebigen Ortbinnerhalb einer geerdeten metallischen Hohlkugel mit innerem RadiusR und ¨ausserem RadiusRa.

a) Zeigen Sie mit Hilfe der Spiegelladungsmethode, dass das elektrostatische Potentialϕ(r) im Inneren der Hohl- kugel (r=|r|< R) gegeben ist durch

ϕ(r, θ) = Q

√r2+b2−2brcosθ − Q

pR2+ (br/R)2−2brcosθ

Dabei bezeichnet θden Winkel zwischen rundb. (6 Punkte)

b) Berechnen Sie die auf der inneren Hohlkugelfl¨ache induzierte Fl¨achenladungsdichte. Was ergibt sich f¨ur die gesamte Ladung auf dieser Fl¨ache? Bestimmen Sie damit das elektrostatische Potential im gesamten Aussenbe-

reich r > Ra. (8 Punkte)

Aufgabe 8: Potential einer Ladung außerhalb einer Kugel

6 Punkte

Betrachten Sie eine ruhende PunktladungQim Abstand avom Mittelpunkt einer geerdeten leitenden Kugel mit RadiusR < a. Bestimmen Sie das elektrostatische Potentialϕ(r) außerhalb der Kugel (r > R). Welches Ergebnis folgt im Grenzfallra?

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