Übungen zur 2. Klausur

Übungsaufgaben Physik LK Elektrostatik und Magnetismus
Ecker
Diese Aufgaben stammen zum großen Teil aus dem Metzler.
28.11.2011
1.) Zeichnen Sie die elektrischen Felder folgender Ladungsanordnungen:
a) zwei gleich geladene Punktladungen, b) eine positive Punktladung vor einer negativ
geladenen Platte und c) zwischen zwei parallelen Platten mit unterschiedlicher Ladung!
2.) Betrachten Sie das elektrische Feld der folgenden Abbildung in den drei Punkten A, B und
C. Zeichnen Sie zuerst einen Pfeil an jedem Punkt, der die Richtung der resultierenden
Kraft, die eine positive Testladung am betrachteten Punkt erfahren würde, anzeigt.
Anschließend listen Sie die Buchstaben in abnehmender Feldstärke auf (Punkt mit stärkster
Feldstärke zuerst).
3.) Erklären Sie, warum wir für die Messung des elektrischen Felds kleine Testladungen nutzen.
4.) a) Erklären Sie die Wirkungsweise eines Elektroskops!
b) Weshalb schlägt die Nadel des Elektroskops schon aus, wenn man sich ihm mit einem
geladenen Körper nähert, bevor der geladene Körper das Elektroskop berührt?
5.) Begründen Sie, weshalb sich die Ladungen eines geladenen metallischen Körpers auf der
Außenfläche verteilen.
6.) Durch einen Leiterquerschnitt fließt in 20 s die Ladung 5,6 C. Wie groß ist die Stromstärke?
7.) Eine Pendelkugel sei mit der Ladung Q = 52 nC geladen und habe die Masse m = 0,40 g. Sie
hänge an einem Faden der Länge l = 1,80 m in einem horizontal gerichteten homogenen
elektrischen Feld. Durch die Kraft des Feldes wird sie um d = 15 mm ausgelenkt. Wie groß
ist die Feldstärke E des homogenen Feldes?
8.) Zwischen zwei parallelen Leiterplatten mit dem Abstand d = 5 cm, einem so genannten
Plattenkondensator, besteht ein elektrisches Feld der Stärke E = 9,4 kN/C. Welche Energie
ist erforderlich, um die Ladung q = 5,5 pC von der einen Platte zur anderen zu
transportieren?
9.) Ein Proton werde in ein homogenes elektrisches Feld mit der Feldstärke E = 5 N/C gebracht
und losgelassen. Mit welcher Geschwindigkeit bewegt es sich, nachdem es 4 cm
zurückgelegt hat (mP = 1,67 10-27 kg, qP = 1,6 10-19 C)?
10.)
Zwei Platten (A = 4,8 10-2 m2, d = 2 mm) werden mit einer Spannung U = 1,5 kV
aufgeladen. Berechnen Sie die Feldstärke E, die Flächenladungsdichte und die auf jeder
Platte befindliche Ladung Q.
11.)
Zwei gleich geladene Körper stoßen sich im Abstand d = 20 cm mit der Kraft F =
0,015 N ab. Wie groß sind die Ladungen?
12.)
Berechnen Sie die Feldstärke in der Umgebung einer positiv geladenen Kugel (r =
3,6 cm, Q =84 nC) in den Punkten P1 und P2, die r1 = 5,3 cm und r2 = 12 cm von ihrem
Mittelpunkt entfernt sind. Berechnen Sie die Spannung zwischen ihnen.
13.)
Ein Kondensator nimmt bei der Spannung U = 3 kV die Ladung Q = 24 nC auf.
Berechnen Sie die Kapazität.
14.)
Ein Plattenkondensator (d = 2 mm, A = 314 cm²) wird
a) bei konstanter Spannung U = 180 V,
b) bei konstanter Ladung Q = 0,37 mC mit Glimmer (εr = 7) ausgefüllt. Untersuchen Sie das
Verhalten von E und Q (bzw. U).
15.)
Eine Metallkugel mit dem Radius r1 = 5,5 cm und der Ladung Q1 = 0,8 nC wird von
einer neutralen zweiten Metallkugel von doppeltem Radius berührt. Wie verteilt sich die
Ladung?
16.)
Welche Energie speichert ein Plattenkondensator (A =314 cm2, d =0,5 mm,
Dielektrikum: εr =7) bei einer Spannung U =220 V?
17.)
Wie groß müsste die Plattenfläche eines luftgefüllten Plattenkondensators sein, der
bei einem Plattenabstand von d = 1 mm und einer Spannung von U = 220 V die gleiche
Energie speichert wie eine Autobatterie von 12 V und 88 Ah?
18.)
Die Zeit, in der bei der Entladung eines Kondensators mit der Kapazität C über
einen Widerstand R die Spannung auf die Hälfte ihres Ausgangswertes absinkt, heiût
Halbwertszeit tH. Leiten Sie die Formel tH = RC ln 2 zur Bestimmung der Halbwertszeit her.
19.)
Ein Kondensator wird über einen Widerstand R = 50 kΩ entladen. Zur Zeit t0 = 0
liegt an ihm die Spannung U0 = 200 V. Nach 10 s ist die Spannung auf U = 180 V gesunken.
Berechnen Sie Kapazität, Zeitkonstante, Halbwertszeit und die zur Zeit t0 auf einer Platte
befindliche Ladung Q0.
20.)
Ein auf die Spannung U1 = 100 V aufgeladener Kondensator der Kapazität
C1 = 20 mF wird einem ungeladenen Kondensator der Kapazität C2 = 10 mF parallel
geschaltet. Berechnen Sie die Spannung U, die an beiden Kondensatoren anliegt.
21.)
Zeichnen Sie das Magnetfeld eines Stabmagnetens und eines Hufeisenmagnetens!
22.)
Weshalb entstehen beim Zerteilen von Magneten immer wieder neue kleine
Magnete?
23.)
Woran erkennt man bei zwei identischen Eisennägeln, welcher von beiden
magnetisch ist?
24.)
Weshalb kann ein Eisennagel in einem Magnetfeld selbst andere Eisenteile anziehen?
25.)
Zeichnen Sie das Magnetfeld um einen senkrechten geraden stromdurchflossenen
Leiter und einen ringförmigen Leiter!
26.)
Die Horizontalkomponente der magnetischen Flussdichte B des magnetischen
Erdfeldes beträgt ungefähr BH =19 mT. Berechnen Sie die Kraft auf eine in Ost-WestRichtung verlaufende Freileitung (I = 100 A, Abstand zwischen zwei Masten a = 150 m).
27.)
Mit welcher Kraft wirkt ein homogenes Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen
Draht, der parallel zu den Feldlinien liegt?
28.)
Ein von einem Strom I = 4 A durchflossener Leiter der Länge l = 5 cm erfährt in
einem homogenen Magnetfeld der Feldstärke B = 0,3 T die Kraft F = 0,04 N. Welchen
Winkel bildet der Leiter mit den magnetischen Feldlinien?