Aufgaben elektrisches Feld 3

Übungen zum elektrischen Feld
1. Drei Kondensatoren gleicher Kapazität werden
• in Reihe
• parallel
verschaltet. Wie groß ist jeweils die Gesamtkapazität?
2. Die in einem Kondensator bei einer Ladespannung von 6,0 V gespeicherte elektrische
Feldenergie soll für die Zündung einer Blitzlichtlampe genutzt werden. Die während der
Zeitdauer eines Lichtblitzes von 100 µs abgegebene elektrische Leistung beträgt 200 W.
Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.
3. Ein Kondensator mit der Kapazität C1 = 4 µF ist an ein Voltmeter vernachlässigbarer
Kapazität angeschlossen. Der Kondensator wird aufgeladen und dann von der
Spannungsquelle getrennt. Das Voltmeter am geladenen Kondensator zeigt die Spannung
U1 = 320 V an. Wird nun ein ungeladener Kondensator unbekannter Kapazität C2 zum
geladenen Kondensator parallel geschaltet, sinkt die Anzeige am Voltmeter auf U2 = 195 V
ab.
Welche Kapazität hat der zweite Kondensator?
4. Ein Elektron tritt mit einer Anfangsgeschwindigkeit v0 > 0 in ein homogenes elektrisches
Feld ein. Formulieren Sie jeweils eine Aussage über Bahnform und Bewegungsart dieses
Elektrons für folgende Fälle:
Der Eintritt des Elektrons in das elektrische Feld erfolgt
• parallel zu den Feldlinien,
• senkrecht zu den Feldlinien.
Begründen Sie Ihre Aussagen.
5. Eine Ladung von 8 µC befindet sich in 1 m Entfernung von einer zweiten Ladung 50 µC und
wird
• auf 50 cm an diese angenähert
• auf einer Kreisbahn um diese herumgeführt
Wie groß ist jeweils die dazu notwendige „Arbeit“ (Energie)?
6. Ein Plattenkondensator (Plattengröße A = 5 cm2, Plattenabstand d = 1 mm) ist mit Glimmer
(εr = 7) ausgefüllt. Er wird auf eine Spannung von 500 V aufgeladen. Man berechne:
• die Feldstärke E
• die Ladung Q auf einer Kondensatorplatte
• die Energiedichte ρel
• die Energie Wel des elektrischen Feldes im Kondensator
• die Kraft zwischen den Kondensatorplatten
7. Man berechne die Kapazität einer freistehenden Metallkugel vom Durchmesser d = 10 cm
Welche Flächenladungsdichte ist erforderlich, um sie auf eine Spannung von 10 kV
aufzuladen?
8. Ein Kondensator wird mit 500 V aufgeladen und weist nun eine Ladung von Q = 2 mC auf.
Nach der Trennung von der Spannungsquelle wird der Kondensator über einen Widerstand
R = 10 MΩ entladen.
• Bestimmen Sie die Halbwertszeit TH.
• Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung für die erste Minute der Entladung
• Zu welchem Zeitpunkt beträgt die Spannung nur noch 1% des ursprünglichen Werts?