Gewitter auf der Autobahn
AFBÜber einer Autobahn zieht ein Gewitter auf. Die Unterseite der Gewitterwolke ist negativ geladen, der Erdboden darunter wird durch Influenz positiv; dazwischen bildet sich ein annähernd homogenes elektrisches Feld (M1). Ein Pkw mit geschlossener Metallkarosserie steht auf dem Standstreifen. An der Position P dicht über dem Autodach wird die Feldstärke \(E_\text{P}=2{,}0\cdot10^{4}\,\mathrm{\tfrac{N}{C}}\) gemessen. Zur Kontrolle wird an P und an der Position Q im Innenraum jeweils eine Probeladung \(q=5{,}0\,\mathrm{nC}\) an einem Kraftsensor angebracht.
- Gib die Feldstärke im Innenraum des Pkw an.Tipp a)
Was sagt der Begriff Faraday-Käfig über das Feld im Hohlraum aus?
- Nenne zwei Bedingungen, die die Karosserie dafür erfüllen muss.Tipp b)
Die Bedingungen betreffen das Material und die Form der Hülle – nicht ihre Dicke.
- Beschreibe anhand von M1, wie sich die Ladungen auf der Karosserie verteilen.Tipp c)
Bestimme zuerst die Feldrichtung. In welche Richtung wirkt die Kraft auf die frei beweglichen Elektronen?
- Berechne den Betrag der Kraft auf die Probeladung an den Positionen P und Q.Tipp d)
Nutze \(F=E\cdot q\). Für Q brauchst du das Ergebnis aus a).