Ideales Gasgesetz

Aufgaben
1.) Ein Speichersee in 2500m Seehöhe enthält 102km3 Wasser.
a) Welche Energie ist umsetzbar, wenn sich das Talbecken in 300m Seehöhe befindet.
b) Welche Gravitationsspannung besteht zwischen See und Tal? (GAB=22000J/kg)
c) Die gleiche Anlage stehe nun auf einem anderen Planeten mit g=50N/kg. Wie groß ist dann die
Gravitationsspannung zwischen See und Tal? (GAB=1,1105J/kg)
2.) Ladungen der Beträge q=1C werden in einem homogenen Feld von 102N/C längs der unten
abgebildeten Wege verschoben. Berechne zu jedem Weg die dafür benötigte Arbeit!
(Lösung: q=1C: W=−210−2J für alle Wege; q=−1C: W=210−2J)
2m
q
30
q
q
q
q
3.) Ein elektrisches Feld habe die unten dargestellte Gestalt.
4N/C
2N/C
1N/C
x
0m
1m
3m
14m
a) Welche Arbeit ist für das Verschieben einer positiven Ladung von 2C von links nach rechts
notwendig? (Lösung:38J)
b)Welche Arbeit benötigt man für den gleichen Verschiebeweg für eine Ladung von 10C?
(Lösung:190J)
c)Berechne die Potentialdifferenz für den Verschiebevorgang für beide Fälle! Was fällt dir auf?
(Lösung:19V; 19V)
d)Wähle den Potentialnullpunkt bei x=4,5m! Welches Potential haben dann die Punkte x=1m, x=2m
und x=8m? ((1m)=5,5V, (2m)=3,5V, (8m)= 3,5V)
e) Wähle den Potentialnullpunkt einmal bei x=3m und einmal bei x=5m! Berechne für beide Fälle die
Potentialdifferenz zwischen x=1 und x=7m (UAB=8V)!
f)Auf welche Geschwindigkeit wird ein Elektron mit einer Masse von 91031kg und einer Ladung
von 1,91019C in diesem Feld beschleunigt, wenn es das gesamte Feld durchläuft? Durchläuft es beim
Beschleunigen das Feld dabei von rechts nach links oder von links nach rechts? (v=2,8106m/s) (Tipp:
Die Endgeschwindigkeit erhaltest du durch gleichsetzen der Beschleunigungsarbeit und der
kinetischen Energie.)
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4.) Auf welche Geschwindigkeit werden Elektronen in einer Fernsehbildröhre beschleunigt, wenn die
Anodenspannung 10kV beträgt? (e=1,61019C, m=9,11031kg)
(Lösung: v=6107m/s!!)
5.) Durch einen Leiter fließt ein Strom von 1A.
Ein Ladungsträger hat die Ladung 1,61019C
a) Wieviele Ladungen pro Sekunde sind dies? (Lösung: n=6,8751018 Ladungen)
b) Sei nun ein Leiter quadratisch mit 1mm Seitenlänge und die Dichte der frei beweglichen
Ladungsträger 1027 pro m3.
i) Wie viele Ladungen befinden sich dann in einem 1m langen Stück des Drahtes? (Lösung: n=1021
Ladungen)
ii) Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Ladungen durch den Querschnitt, wenn die
Stromstärke eben 1A beträgt? (Lösung: v=6,875mm/s)
iii) Zur angeblich langsamen Geschwindigkeit: Wie viele Atomrümpfe des Metalls passieren sie dann
in einer Sekunde, wenn diese einen Abstand von 21010m haben?
(Lösung: n=3,4107Ladungen)
6.) Eine Spannung von 5V liegt an einem Draht der Länge von 2m.
a) Berechne die elektrische Feldstärke im Draht! (E=2,5N/C=2,5V/m)
b) Welche treibende Kraft wirkt auf einen Ladungsträger? (F=410-19N)
c) Welche Arbeit wird am Ladungsträger bei der Bewegung über den gesamten Leiter vom
elektrischen Feld verrichtet? (W=81019J)
d) Welche Bremsarbeit wird von den Gitteratomen auf 1m Leiterlänge an einem Ladungsträger
verrichtet? (W=41019J)
e) Wie groß wird die Kraft auf einen Ladungsträger, wenn man die gleiche Spannung auf 0,5m
Drahtlänge anlegt? (F=1,61018N)
7.) Strom positiver und negativer Ladungen
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8.) Elektronenzählerei
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9.) Skifahrermodell des elektrischen Stromkreises
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10.) Schwebende Kugel im elektrischen Feld
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