4. + 5. Übungsblatt

Einführung in die Physik II für Studierende im Nebenfach (Biologie, Chemie u. a.) und L3
SS08
4. + 5. Übungsblatt
4.1
Wheatstone´sche Brücke
Rx
Bei der Wheatstoneschen Brückenschaltung wird
der Abgriff D am Schleifdraht mit Widerstand Rs so
variiert, dass das Voltmeter keine Spannung mehr
zeigt. Dann gilt:
Rx / Rn = a / b
Leiten Sie diesen Zusammenhang her!
(Stichwort: Spannungsteiler oder Kirchhoffsche
Regeln)
4.2
Rn
V
D
A
a
Schleifdraht
B
b
Lichterkette
Sie besitzen zwei verschiedene Lichterketten, deren Glühbirnchen jeweils mit 6 Watt maximaler Leistungsaufnahme gleich hell sind.
- Die erste Kette besteht aus 24 Birnchen (10V; 6W) in Reihenschaltung.
(a) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand und den Strom, der durch die Glühbirnen fließt bei Anschluss an das
220V-Netz.
- Ihre zweite Kette hat 16 Birnchen mit jeweils 15V; 6W.
Nun muss in der ersten Kette mit 24 Birnchen eine defekte Birne (10V; 6W) ausgewechselt werden. Da gerade
keine andere greifbar ist, wird eine Glühbirne (15V; 6W) aus der zweiten Kette verwendet.
(b) Funktioniert die Kette überhaupt? Was passiert? Berechnen Sie für diese Anordnung Gesamtwiderstand und
Strom.
5.1
Geladenes Teilchen in elektrischem – und magnetischem Feld
Ein Elektron wird in einer Elektronenkanone mit einer Spannung U = 200V beschleunigt und in ein homogenes
Magnetfeld senkrecht zu dessen Feldlinien eingeschossen. In diesem Feld durchläuft es eine Kreisbahn mit dem
Radius r = 4,2 cm.
(a) Welchen Betrag hat die magnetische Feldflussdichte B des Magnetfeldes?
(b) Welche Bahnkurve würde das Elektron in einem senkrechten Elektrischen Feld beschreiben?
Hinweis: Elektronenladung: e = 1,6⋅10-19 As; Elektronenmasse me = 9,11⋅10-31 kg
5.2
Lorentzkraft (oder „Railgun“)
Ein gerader Leiter aus Al befindet sich in einem homogenen
Magnetfeld mit der Flussdichte B = 50 T, wie in der Abbildung
gezeigt. Der Leiter mit einem Durchmesser von 5 mm ist
beweglich auf den beiden Zuleitungen gelagert. Er wird von
einem Strom der Stärke I = 1,2 kA durchflossen. Die Richtung
des Stromes und die Richtung des Magnetfeldes schließen einen
Winkel von 90° ein.
(a) Welchen Betrag hat die auf ein 5cm langes Leiterstück
wirkende Kraft F?
(b) Wie groß ist die Beschleunigung a, die auf das Leiterstück
wirkt? (ρAl = 2,7 g/cm3)
(c) Welche Geschwindigkeit v erreicht das Leiterstück, wenn die
Beschleunigung a für t = 0,01 s lang auf das bewegliche Leiterstück wirkt? (a ist konstant für 0,01 s)
http://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/veranstaltungen/UebungEinfPhysikNF/index.html