Physik 12 Klausur 2 Elektrische und Magnetische Felder 12

Physik J1
Klausur 2b
Elektrische und magnetische Felder
Aufgabe 1
Die Ladung 1 ist negativ und der
Wattebausch mit der Ladung q positiv
geladen.
a) Wie sind die Ladungen 2 und 3 geladen
und woran lässt sich dies erkennen?
b) In welche Richtung
Wattebausch eine Kraft?
erfährt
15.5.2012
q
der
Aufgabe 2
Mit Papier und Alufolie lässt sich ein Kondensator bauen. Die „Platte“ aus einer Alufolie hat
die Länge 30 cm und die Breite 15 cm. Das Papier mit  r  1 ist 2 mm dick und füllt den
gesamten Raum zwischen den Alufolien aus. Zunächst werden die Papier- und Aluschichten
eben übereinander gelegt. Der Kondensator wird an 100 V aufgeladen.
a) Zeige durch eine Rechnung, dass die Kapazität ca. 200 pF beträgt und berechne die
Ladung des Kondensators.
b) Bestimme die elektrische Feldstärke sowie die im Kondensator gespeicherte Energie.
c) Das Papier kann mit einer Flüssigkeit getränkt werden, so dass sich die
Dielektrizitätszahl erhöht:  r  3 . Bei welcher Spannung könnte der Kondensator nun die
gleiche Ladungsmenge wie in a) aufnehmen?
d) Der Kondensator wird nun – wie im Praktikum – aufgewickelt. Erkläre warum
sich die Kapazität verdoppelt, wenn sonst alle Werte gleich bleiben.
Aufgabe 3
Ein Spulenrähmchen mit n = 100 Wicklungen hängt im Magnetfeld
einer Spule. Durch das Rähmchen fließt der Strom I = 0,5 A. Der Strom fließt
im unteren Teil von links nach rechts. (Pfeil!) Das Rähmchen hat die Breite b = 5 cm.
a) Erkläre, warum der Federkraftmesser eine Kraft anzeigt.
b) In welcher Richtung fließt der Strom im Rähmchen? Erkläre hierzu
die Dreifingerregel.
c) Die magnetische Flussdichte beträgt 10 mT. Berechne die Kraft auf das
Rähmchen. Warum muss man die Seiten des Rähmchens nicht
Berücksichtigen?
d) Welche Stromstärke müsste fließen, damit der Federkraftmesser 40 mN anzeigt?
Aufgabe 4
In den unendlichen Weiten des Weltalls

B
wurden vom Raumschiff Enterprise eine
neue Teilchenart entdeckt: Die Tachionen.
Ihre Ladung beträgt e  1,6  10 19 C . Die
UA
Masse beträgt 3,0  10 31 kg.
a) Mit Hilfe der Spannung U A werden die
UH
Tachionen auf hohe Geschwindigkeiten
beschleunigt. Zeige durch Rechnung,
dass Elektronen
mit einer Spannung
von 200 V auf die Geschwindigkeit v  14,6  10 6
m
gebracht werden können.
s
b) Die Tachionen treten nun in ein Magnetfeld ein. Dort beschreiben sie eine Kreisförmige
Flugbahn. Warum?
c) Das B – Feld der Stärke 0,4 mT wird in einer schlanken Spule (n = 8000; l = 0,5 m und
 r  1 ) erzeugt. Welche Stromstärke ist dafür nötig?
d) Die Masse der Tachionen soll bestimmt werden. Es gilt:
e
v

. Welchen Radius hat
m Br
die Flugbahn?
Konstanten:
 0  8,85  10 12
C
V m
 0  1,26  10 6
Tm
A
Elektronen- bzw. Tachionenladung: e  1,6  10 19 C
Viel Erfolg!