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2sem:gldph2:grundlagen_der_physik_ii

01. pot. Energie 3 Ladungen

Berechnen Sie die potentielle Energie von drei Ladungen $Q_1$, $Q_2$ und $Q_3$, die sich im Abstand $r_{12}$, $r_{13}$ bzw. $r_{23}$ befinden. Geben Sie die Gesamtkraft auf die Ladung $Q_3$ an und zeichnen Sie schematisch die Überlagerung zur Gesamtkraft auf die Ladung $Q_3$

02. Potential von Ladungen

Geben Sie das Potential im Mittelpunkt eines Kreises mit Radius $R$ an, wenn die Ladungen $Q, -3Q, 4Q$ und $3Q$ bei den Winkeln 0°, 90°, 180° und 270° angeordnet sind

03. Gaußsche Satz der E.statik

Beschreiben Sie kurz die Aussage des Gaußschen Satzes der Elektrostatik. Zeigen Sie, dass das Gaußsche Gesetz nicht nur für eine Kugeloberfläche, sondern auch für jede beliebige geschlossene Oberfläche gilt.

04. E-Feld/Pot. eines unendlich langen-Linienleiter

Geben Sie das Feld eines unendlich langen, geradenen Drahtes im Außenraum an.

05. Kontinuitätsgl. für Stromdichte

Leiten Sie die Kontinuitätsgleichung für die Stromdichte ab.

06. Drude Modell zu Ohmschen Gesetz

Erklären Sie kurz, wie man mit dem Drude Modell für die Driftgeschwindigkeit zum Ohmschen Gesetz kommt

Ohne elekrisches Felst bewegen sich die freien Ladungsträger im Mittel nicht (statistisch verteilte Geschwindigkeiten)

Der Mittelwert ohne äußeres Feld ist Null: $ <\vec{v}> ~ = ~ 0$

Für den Mittelwert der Stromdichte gilt: $<\vec{j}> ~ = n \cdot q ~ \cdot <\vec{v}> = ~ 0$

$\bar{v}$ … mittlere Geschwindigkeit zwischen den Ladungsträgern (unter anderen abhängig von der Temperatur)

$$j = n \cdot q \cdot v $$

die mittlere Zeit zwischen zwei Stößen ist:

$$\tau_s = \frac{\Lambda}{\bar{v}}$$

$\Lambda$ … mittl. freie Weglänge

Im Leiter: $n$ Ladungsträger $q$ bewegen sich mit Geschwindigkeit $\vec{v}$

$V = A \cdot \vec{r} \cdot \Delta t ~~~~ A\ldotsQuerschnitt$

$$Q = \rho_{el} \cdot V$$

$\rho_{el} = n \cdot q$ … Ladungsdichte

$$Q = n \cdot q \cdot V = n \cdot q \cdot A \cdot \vec{r} \cdot \Delta t ~~ \longrightarrow ~ I = \frac{dQ}{dt} = n \cdot q \cdot A \cdot \vec{r} = j \cdot A$$

Bei einem äußeren Elektrischen Feld erfahren die elektrischen Ladungen eine Kraft:

$$\vec{F} = q \cdot \vec{E}$$

diese beschleunigt die Ladungen mit der Beschleunigung:

$$a = \frac{\vec{F}}{m}$$

Während der Zeit $\tau_s$ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stößen erhalten die Ladungen eine Änderungen der mittleren Geschwindigkeit:

$$< \Delta \vec{v} > = \frac{\vec{F}}{m} \cdot \tau_s$$ die mittlere Zeit zwischen zwei Stößen ist:

$$\tau_s = \frac{\Lambda}{\bar{v}}$$

$\Lambda$ … mittl. freie Weglänge

Im Leiter: $n$ Ladungsträger $q$ bewegen sich mit Geschwindigkeit $\vec{v}$

$V = A \cdot \vec{r} \cdot \Delta t ~~~~ A\ldotsQuerschnitt$

$$Q = \rho_{el} \cdot V$$

$\rho_{el} = n \cdot q$ … Ladungsdichte

$$Q = n \cdot q \cdot V = n \cdot q \cdot A \cdot \vec{r} \cdot \Delta t ~~ \longrightarrow ~ I = \frac{dQ}{dt} = n \cdot q \cdot A \cdot \vec{r} = j \cdot A$$

Bei einem äußeren Elektrischen Feld erfahren die elektrischen Ladungen eine Kraft:

$$\vec{F} = q \cdot \vec{E}$$

diese beschleunigt die Ladungen mit der Beschleunigung:

$$a = \frac{\vec{F}}{m}$$

Während der Zeit $\tau_s$ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stößen erhalten die Ladungen eine Änderungen der mittleren Geschwindigkeit:

$$< \Delta \vec{v} > = \frac{\vec{F}}{m} \cdot \tau_s$$

Diese Änderung ist klein gegenüber der äußeren Geschwindigkeit $\vec{v}$

Die Änderung $\Delta \vec{v}_i = \vec{v}_i - \vec{v_{i-1}}$ erfolgt beim i-ten Stoß

Ohne äußeres Feld ist $< \Delta \vec{v}>$ = 0

Die mittlere Zusatzgeschwindigkeit $\vec{v_d} = <\Delta \vec{v}>$…Driftgeschwindigkeit

$$\vec{j} = n \cdot q \cdot \vec{v_d} = \rho_{elek.} \cdot \vec{v_d}$$

$$\vec{v_d} = < \Delta \vec{v} > = \frac{\vec{F}}{m} \cdot \tau_s = \frac{q \cdot \vec{E}}{m} \cdot \tau_s$$

$$\vec{j} = \rho_{el.} \cdot \vec{v_d} = n \cdot q \cdot \vec{v_d} = n \cdot q \cdot \frac{q \cdot \vec{E}}{m} \cdot \tau_s = \sigma_e \cdot \vec{E}$$

$$\vec{j} = \sigma \cdot \vec{E} ~~~~~\ldotsOhmsches~Gesetz$$

$$\sigma = \frac{n \cdot q^2 \cdot \tau_s}{m}\ldotselektrische~Leitfähigkeit(abh.~v.~Material)$$

07. Kirchhoff Regeln

Aus welchen fundamentalen Beziehungen ergeben sich die 1. und 2. Kirchhoffschen Regeln?

08. Elektronenröhre: Stromdichte/Spannung

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Stromdichte und Spannung in einer Elektronenröhre, wenn (a) die Raumladung vernachlässigt werden kann und (b) die Raumladung nicht vernachlässigt werden kann?

09. Faraday $\longrightarrow$ Induktionsgesetz

Geben Sie die Faradayschen Experimente, die zum Induktionsgesetz führten an

10. elektrochem. Äquivalenzgesetz

Was ist die Aussage des Faradayschen elektrochemischen Äquivalenzgesetzes?

11. Brennstoffzelle

Beschreiben Sie kurz die Wirkungsweise einer chemischen Brennstoffzelle

12. Elektronenemission aus Festkörpern

Beschreiben Sie kurz die verschiedenen Möglichkeiten der Elektronenemission aus Festkörpern mit schematischer Zeichnung

13. Bändermodell

Beschreiben sie kurz wie man n- und p- Leitung im Bändermodell erklärt.

14. Halleffekt

Beschreiben Sie den Halleffekt (schematische Zeichnung), welche elektrostatischen Größen mönnen mit dem Halleffekt beschrieben werden?

15. Seebeck- und Peltiereffekt

Beschreiben sie kurz die thermoelektrischen Effekte: Seebeck- und Peltiereffekt und deren Anwendung.

16. elektrische Gasentladungen

Beschreiben sie kurz die wichtigsten Erscheinungen bei elektrischen Gasentladungen; zeichnen sie schematisch die Strom- Spannungscharakteristik; wie wurden im Vorlesungsexperiment bei konstanter Spannung die verschiedenen Entladungszustände realisiert?

2sem/gldph2/grundlagen_der_physik_ii.txt · Last modified: 2014/02/24 20:46 by 127.0.0.1