Physik M
10.10.2014

Name
Matrikelnr.


Problem 1

Zwei Elektronen befinden sich in einem elektrischen Feld $\vec{E}=3\times10^6$ $\hat{x}$ V/m.

Elektron 1 ist an der Position

 [nm],

und Elektron 2 an der Position

 [nm].

Welche Kraft wirkt auf Elektron 1?

$\vec{F} = $ $\hat{x} + $ $\hat{y} + $ $\hat{z}$ [N]

$e$ = 1.6022×10-19 C ist die Elementarladung, $\epsilon_0$ = 8.854×10-12 F/m ist die elektrische Feldkonstante.


Problem 2

Eine Kugel der Masse $m$ = kg erfährt eine Reibungskraft während sie durch eine Flüssigkeit fällt. Die Position der Kugel ist

$z=$ (1-$\exp$(-$t$))-$t$ [m].

Dabei ist $t$ die Zeit in Sekunden. Die totale Kraft auf die Kugel ist die Schwerkraft $-mg\hat{z}$ und die Reibungskraft $F_R$.

Wie groß ist die Reibungskraft zur Zeit $t=1$ s?

$F_R = $ [N] 


Problem 3

Ein Elektron (Ladung $-e$) gerät in eine Region konstanten magnetischen Feldes mit $B=$  $\hat{z}$ [T]. Die Anfangsgeschwindigkeit des Elektrons ist

Welche Differentialgleichung muss gelöst werden, um die Bahnkurve der Elektron bestimmen zu können?

$ \large \frac{dx}{dt}=$

$ \large \frac{dv_x}{dt}=$

$ \large \frac{dy}{dt}=$

$ \large \frac{dv_y}{dt}=$

$ \large \frac{dz}{dt}=$

$ \large \frac{dv_z}{dt}=$


Problem 4
Das elektrische Feld in einem Siliziumkristall sei beschrieben durch:

 [V/m].

Dabei sind $x$ und $y$ in Metern angegeben. Was ist die Ladungsdichte an der Position $x=0,\,y=0,\,z=0$?

Die relative dielektrische Konstante von Silizium ist $\epsilon_r=12$. Die elektrische Feldkonstante ist $\epsilon_0=8,85\times 10^{-12}$ F/m.

$\rho =$ [C/m³]


Problem 5

Eine Solitärwelle wird durch folgende Gleichung beschrieben:

Hier werden $x$ und $y$ in Metern und $t$ in Sekunden angegeben.

Wie groß ist die Geschwindigkeit der Solitärwelle?
(Die Geschwindigkeit kann negativ werden.)
$v=$ [m/s]
Welchen Maximalwert kann $\frac{\partial y}{\partial t}$ annehmen?$\frac{\partial y}{\partial t}=$ [m/s]
Welchen Maximalwert kann $\frac{\partial y}{\partial x}$ annehmen?$\frac{\partial y}{\partial x}=$

Problem 6

Ein Objekt wird  cm links von einer Linse mit einer Brennweite von  cm aufgestellt. Wenn sich die Linse an Position $x=$ 0 cm befindet und das Objekt bei $x=$  cm, wo entsteht das Bild dieses Objekts? $x=$  cm    Ist das Bild reell oder virtuell?