Zum Einstieg können Sie mit diesen Aufgaben testen, wo Sie im Elektromagnetismus noch Lücken haben, die Sie schließen sollten. Dabei steht jede Aufgabe für ein Kapitel im Buch. Sollten Sie feststellen, dass Sie eine Aufgabe nicht lösen können, ist es vielleicht schlau, zuerst dieses Kapitel durchzuarbeiten, wenn Sie nur noch wenig Zeit haben.
Wie lautet das Coulombgesetz, das die Kraft zwischen zwei Punktladungen beschreibt? Zeigen Sie, dass aus dem Gesetz hervorgeht, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen, ungleichnamige aber anziehen.
Abbildung 1: Ein elektrischer Dipol
Abbildung 1 zeigt einen sogenannten elektrischen Dipol, zwei gleich große entgegengesetzte Ladungen im Abstand 2a. Wie groß ist das Feld dieses Dipols im Punkt d auf der x‐Achse? Wie groß ist es im Ursprung? Welche Richtung besitzt es auf der y‐Achse für y > a?
Abbildung 2: Eine quadratische Anordnung von vier Elektronen
Abbildung 2 zeigt vier Elektronen, die zu einem Quadrat mit der Kantenlänge a = 2 ⋅ 10–10 m angeordnet sind. (Fragen Sie nicht, wie sie dahin gelangt sind. Stellen Sie sich einfach vor, dass die Elektronen da sind und sich nicht bewegen können.) Wie groß ist die Arbeit, die man aufbringen muss, um die Elektronen aus großer Entfernung in diese Position zu bringen? Was passiert mit dieser Arbeit? Wie groß ist das Potential an dem Punkt A = (0,0)?
Betrachten Sie einen runden Plattenkondensator mit einem Durchmesser von 15 cm und einem Plattenabstand von 2 mm, an dem eine Spannung von 300 V anliegt.
Abbildung 3 zeigt den sogenannten Oersted‐Versuch. Beschreiben Sie den Versuch. Welche Schlussfolgerungen kann man aus ihm ziehen? Was passiert, wenn man den Strom umpolt? Wie wird man die Ausrichtung der Nadeln wieder los?
Abbildung 3: Der Oersted‐Versuch
Abbildung 4: Ein Elektron in einem elektrischen und in einem magnetischen Feld
Abbildung 4 zeigt ein Elektron, das mit einer Geschwindigkeit v1 = 2 ⋅ 105 m/s in das elektrische Feld eines Plattenkondensators eintritt (d = 20 cm). Dort wird es auf eine Geschwindigkeit v2 = 8 ⋅ 106 m/s beschleunigt. Anschließend tritt es in ein senkrecht in die Papierebene hineinzeigendes Magnetfeld ein. Beim Durchlaufen des b = 3 cm breiten Felds wird es um 25° ausgelenkt. Wie groß sind die Feldstärke des elektrischen Felds und die Flussdichte des magnetischen Felds?
Abbildung 5: Die Magnetisierungskurve eines Ferromagneten
Abbildung 5 zeigt die Magnetisierungskurve eines ferromagnetischen Körpers. Erläutern Sie die Bedeutung der Größen H, M, MS, MR und HC.
Betrachten Sie eine lange gerade luftgefüllte Spule der Länge = 40 cm mit einer Querschnittsfläche von 10 cm2 und 1200 Windungen. Der Strom in der Spule beträgt 3 A.
Abbildung 6: Ein Gleichstromkreis
Abbildung 6 zeigt einen Gleichstromkreis. Berechnen Sie mithilfe des Ohm'schen Gesetzes und der Kirchhoff'schen Regeln den Gesamtwiderstand und alle offenen Spannungen und Ströme.
In einem Wechselstromkreis sind im Fall eines ohmschen Widerstands Strom und Spannung in Phase. Bei einem kapazitiven Widerstand eilt der Strom der Spannung voraus, bei einem induktiven Widerstand hinkt er ihr hinterher. Erklären Sie die Gründe für dieses Verhalten. Wie hängen der kapazitive und der induktive Widerstand von der Frequenz ab?
Worin bestehen in Bezug auf die elektrische Leitung von Strom die wesentlichen Unterschiede zwischen Halbleitern und Metallen? Erläutern Sie die Begriffe Dotierung, n‐Halbleiter und p‐Halbleiter.
Abbildung 7: Ein Charge‐Coupled Device
Abbildung 7 zeigt einen Ausschnitt aus einem Charge‐Coupled Device (CCD). Erklären Sie den dargestellten Vorgang. Wie muss die Spannung an den aktivierten Elektroden gewählt werden (Vorzeichen und Größe), damit dieser Prozess stattfinden kann?
Sind die Maxwell'schen Gleichungen in Bezug auf elektrische und magnetische Felder symmetrisch oder nicht? Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Antwort?