02 Ladungen im E-Feld

Übungsaufgaben Physik FOS/BOS 12 Technik
Bewegung von Ladungsträgern im elektrischen Feld
1.
Eine Probeladung qPr = +2,5⋅10-14C wird gegen die Richtung der elektrischen Feldstärke
E = 4,2⋅104 N/C unter dem Winkel α = 60° um die Strecke l = 7,0cm transportiert.
a) Berechnen Sie die verrichtete Arbeit W 1/2! (+3,7⋅10-11J)
b) Berechnen Sie die durchlaufene Spannung U1/2! (+1,48 kV)
2.
Ein Elektron tritt mit v0 = 5,0⋅106 m/s parallel zu den Feldlinien in ein elektrisches Feld ein.
a) Wie muss der E-Vektor zum v-Vektor orientiert sein, wenn das Elektron abgebremst
werden soll?
b) Berechnen Sie die zum Abbremsen des Elektrons auf v = 0 m/s zu verrichtende
Bremsarbeit! (+1,14⋅10-17J)
c) Nach welcher Strecke s0 ist das Elektron auf v = 0 m/s abgebremst, wenn
E = 4,7⋅103 N/C beträgt? (s0=1,5cm)
d) Welche Spannung hat dann das Elektron durchlaufen? (-71,3V)
3.
Zwischen den Platten eines Kondensators (Plattenabstand d = 7,0 cm)herrscht eine
elektrische Feldstärke E = 5,00⋅103 N/C. Der Potenzialnullpunkt P0 liegt auf der negativen
Platte. Auf der negativen Platte befindet sich eine frei bewegliche Probeladung
qPr1 = -8,57⋅10-12 C.
a) Erstellen Sie für die Arbeit bei der Bewegung der Probeladung auf die positive Platte
zu eine W 0/s – Funktion in Abhängigkeit von der durchlaufenen Strecke s mit
eingesetzten Zahlenwerten! (-4,29⋅10-8 N⋅s)
b) Entwickeln Sie aus der in a) erstellten Funktion eine ϕ0/s (s)- Funktion mit
eingesetzten Zahlenwerten! (+5,00⋅103 V/m⋅s)
c) Stellen Sie W 0/s(s) und ϕ0/s (s) im Bereich 0 ≤ s ≤ 7,0cm graphisch dar!
d) Eine 2.Probeladung qPr2 = +5,8⋅10-11 C wird nun im Abstand s1 = 6,5 cm zur
negativen Platte ins Feld gebracht und bis zum Abstand s2 = 2,5 cm transportiert.
Berechnen Sie mit Hilfe des ϕ0/s (s)-Graphen die beim Transport der Ladung
verrichtete Arbeit W 1/2! (-1,16⋅10-8J)
e) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Probeladung qPr2 in s2, wenn sie bei s1 mit v
= 0 m/s ins Feld gebracht wurde und ihre Masse m = 7,4⋅10-18kg beträgt! (5,6⋅104m/s)