Gewitter auf der Autobahn
AFB IAuf einer Autobahn zieht ein Gewitter auf. Die Unterseite der Gewitterwolke ist negativ geladen, der Erdboden darunter wird durch Influenz positiv aufgeladen; zwischen Wolke und Boden bildet sich ein annähernd homogenes elektrisches Feld aus (Material M1). Ein Pkw mit geschlossener Metallkarosserie steht auf dem Standstreifen. Kurz vor einem Blitz wird an der Position P dicht über dem Autodach die Feldstärke \(E_\text{P} = 2{,}0\cdot 10^{4}\,\mathrm{\frac{N}{C}}\) gemessen. Zur Kontrolle wird an den Positionen P und Q jeweils eine Probeladung \(q = 5{,}0\,\mathrm{nC}\) an einem Kraftsensor angebracht.
Die Feldlinien verlaufen vom positiv influenzierten Boden senkrecht nach oben zur negativen Wolkenunterseite. An der Karosserie enden sie bzw. beginnen neu — im Innenraum gibt es keine Feldlinien.
- Geben Sie an, welche Feldstärke im Innenraum des Pkw herrscht, und nennen Sie zwei Bedingungen, die die Karosserie dafür erfüllen muss.
- Beschreiben Sie anhand von Material M1, wie sich die Ladungen auf der Karosserie verteilen.
- Berechnen Sie den Betrag der Kraft auf die Probeladung an der Position P und an der Position Q.
