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Blatt 4
Frühjahrssemester 2009
Übungen zur Einführung in die Physik II
für Studierende der Physik, Nanowissenschaften, Informatik, Chemie und Mathematik
http://nanolab.unibas.ch/teaching/teaching.htm
19. 03. 2009
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1. Metallische Leitung
In einem Kupferdraht trägt im Schnitt ein Elektron pro Kupferatom zur elektrischen Leitung
bei. Wie gross ist die Driftgeschwindigkeit dieser Leitungselektronen, wenn die Stromdichte j
= 1 A/mm2 beträgt?
(ρCu = 8900 kg/m3)
2. Ohmsches Gesetz
Die Kanten eines Würfels werden von 12 Drähten mit je R = 1 Ω Widerstand gebildet. Wie
gross ist der Widerstand, den man zwischen den Endpunkten einer Raumdiagonale misst?
3. Wheatstonesche Brücke
Mit Hilfe nebenstehender Schaltung kann man einen
unbekannten Widerstand Rx aus den Widerständen R1, R2
und R3 bestimmen. Die Widerstände R1 und R2 bestehen
zusammen aus 1m langem Widerstandsdraht. Der Punkt a
ist ein verschiebbarer Kontakt, dessen Position das
Verhältnis der Widerstände R1 und R2 beeinflusst. Der
Widerstand R1 ist proportional zum Abstand vom linken
Ende (0 cm) des Widerstands bis zum Punkt a, und R2 ist
proportional zum Abstand von Punkt a bis zum rechten
Ende (100 cm). Die Summe aus R1 und R2 ist konstant.
Liegen die Punkte a und b auf gleichem Potential, so fließt
kein Strom durch das Galvanometer und die Brücke ist „abgeglichen“. Der Widerstand R3
habe den Wert 200 Ω. Bestimmen Sie den unbekannten Widerstand Rx, wenn die Brücke bei
60 cm abgeglichen ist.
4. Galvanisierung
Ein Zylinder von 12 cm Durchmesser und 60 cm Länge soll in einem Nickelsalzbad
galvanisch mit einer 0,1 mm starken Nickelschicht überzogen werden. Die Stromdichte soll
25 A/m2 nicht übersteigen.
a) Welcher Maximalstrom Im ist möglich?
b) Wie gross ist das elektrochemische Äquivalent A?
(Hinweis: Nickelionen sind zweifach geladen, mNi = 58,71*1,67*10-27 kg, AvogadroKonstante: 6,023*1023 /mol, Elemenatarladung: 1,6*10-19 C)
c) Wie lange muss der Zylinder im Bad bleiben, wenn der Storm Im fliesst (ρNi = 8,7 g/cm3)?
Verständnisfragen:
1. Warum wird elektrische Energie auf Fernleitungen mit möglichst hoher Spannung
befördert? Was setzt der weiteren Erhöhung der Spannung praktische Grenzen?