9. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten 31

9. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten
Vorlesung am 19. Dezember 2016
Besprechung: Übungen am 09. Januar 2017
Vorlesungsdatum:
31
Elektrische Energie und Widerstand
Mit einem 230 V Wasserkocher der Leistung P = 1500 W soll 0,5 l Wasser von T1 = 20 ◦ C auf T2 = 100 ◦ C erwärmt
kJ
werden. Die spezische Wärmekapazität des Wassers beträgt cW asser = 4, 2 kg·K
, der spezische Widerstand der
−7
Heizwendel ist temperaturunabhängig und beträgt ρ = 4, 9 · 10 Ω · m. Nehmen Sie an, dass die komplette
elektrische Energie des Wasserkochers in Wärme umgesetzt wird.
a)
Berechnen Sie die Zeit, die der Wasserkocher zum Aufheizen des Wassers benötigt.
b)
Berechnen Sie den Widerstand der Heizwendel.
Wie lang müsste der gewundene Draht der Heizwendel sein, wenn er einen Durchmesser von D = 0, 4 mm
besitzt?
c)
32
Widerstände und elektrischer Strom
Im der unten abgebildeten Schaltung beträgt die Spannung U0 = 5 V (Spannung eines USB-Ports) und der
Widerstand R = 50 Ω (für alle eingezeichneten Widerstände).
Berechnen Sie die Ströme I1 , I2 , I3 in den Teilzweigen und Igesamt !
33
Der Plattenkondensator
In einen Plattenkondensator werde ein Elektron mit der Geschwindigkeit v0 = 550 · 103 ms parallel zu den Kondensatorplatten eingeschossen. Das Elektron tritt genau in der Mitte zwischen den beiden Kondensatorplatten in
den Kondensator ein. Eine Kondensatorplatte hat eine Fläche von A = 5 · 10−2 m2 , der Plattenabstand beträgt
d = 5 cm und zwischen den Platten liegt eine Spannung von U0 = 2, 5 V an. Die elektrische Feldkonstante hat den
−19
C und die Masse eine Elektrons
Wert 0 = 8, 854 · 10−12 VA·s
·m , die Elementarladung beträgt e = 1, 6022 · 10
−31
beträgt me = 9, 1094 · 10
kg .
a)
Berechnen Sie die Kapazität C des Kondensators!
b)
Berechnen Sie die Ladung Q auf den Kondensatorplatten!
c)
Berechnen Sie Betrag und Richtung des elektrischen Feldes E zwischen den Kondensatorplatten!
Berechnen Sie die Strecke ∆x, die das Elektron in horizontaler Richtung zwischen den Kondensatorplatten zurücklegt, bevor es auf die Kondensatorplatte trit! Hierfür soll angenommen werden, dass das elektrische Feld im
Inneren des Kondensators homogen ist und auÿerhalb der Kondensatorplatten E = 0 ist. Hinweise: Sie können die
Gewichtskraft des Elektrons vernachlässigen. Darüber hinaus ist ein Elektron negativ geladen!
e)