Übungen zur Physik II (Elektrizitätslehre und Optik) Blatt 04 eT B о о

Übungen zur Physik II (Elektrizitätslehre und Optik)
Blatt 04
Prof. von Keudell, SS 2010
Abgabe bis Dienstag, 9.5.2010, 13:45, in den Kasten NB5 Süd oder in der Vorlesung
Nur ein Name pro Lösungsblatt, und jedes Blatt mit Namen und Übungsgruppe versehen!
Ansprechpartner ist Jun.-Prof. Dr. Jan Benedikt (NB5/127)
Aufgabe 10: Widerstandsschaltung (4 Punkte)
R1
Wie groß ist der Gesamtwiderstand zwischen den
Anschlussklemmen A und D und wie groß ist der Strom
I0, wenn die Spannung der Quelle U0 = 100 V ist?
Wie groß ist die Spannung zwischen den Klemmen B
und C?
B
R4
A
D
R3
R2
R5
I0
Die Widerstände sind R1 = 500 Ω, R2 = 300 Ω, R3 = 800
Ω, R4 = 700 Ω und R5 = 400 Ω.
C
U0
Hinwies: Verwenden Sie die Kirchhoff‘schen Regeln
Aufgabe 11: Lorentzkraft (2 Punkte)
2
Der Leiterabschnitt in der Abbildung werde von 1 nach 2 von einem
Strom I der Stärke 1,8 A durchflossen.
a.) Bestimmen Sie die gesamte Kraft (Betrag und Richtung) auf den
r
2
r
Draht in einem homogenen Magnetfeld mit B = 1,2T ⋅ e z .
b.) Zeigen Sie, dass dies die gleiche Kraft ist, die ein gerades
Leiterstück zwischen 1 und 2 erfährt.
1
Aufgabe 12: Helmholtz-Spulenpaar (4 Punkte)
Die magnetische Flussdichte B(z) einer Ringspule (Radius a) im
Abstand z auf der Achse hat sein Maximum bei z=0 und nimmt
dann mit z stark ab mit:
B1 ( z ) =
1
I ⋅ a 2 ⋅ ( a 2 + z 2 ) −3 / 2
2
Auf der Flanke (der Abnahme) liegt irgendwo ein Wendepunkt.
Um ein möglichst homogenes Feld zu verwirklichen, ordnet man
zwei dieser Ringspulen 1 und 2 mit gleicher Stromrichtung parallel
auf einer Achse z an, und zwar in einem solchen Abstand der
Ringebenen, dass die Wendepunkte im Mittelpunkt der Anordnung
zusammenfallen und somit der Abfall der Verteilung von B1 von
dem Anstieg der anderen Verteilung B2 ausgeglichen wird.
(Außerdem ist der Innenraum der Anordnung für Versuche dann
sehr gut zugängig).
a.) Bestimmen Sie für die magnetische Flussdichte einer einzelnen Spule die Lage (Abstand von der
Ringebene) des Wendepunktes. Wie weit sind dann die zwei Spulen voneinander entfernt?
b.) Bestimmen Sie für die oben beschriebene Anordnung des Helmholtzspulenpaares die magnetische
Flussdichte auf der Achse in der Mitte zwischen den beiden Spulen. Überzeugen Sie sich von der
weitgehenden Gleichförmigkeit des Feldes, indem Sie diesen Wert mit dem im Mittelpunkt einer Spule
vergleichen. Bestimmen Sie die relative Abweichung.