k1a11

Physik-eA-2011
Klausur Nr. 1
10.09.2009
1.
Aufgabe
Beim Aufladen eines Kondensators wird die Stromstärke𝐼 in Abhängigkeit von der Zeit𝑡gemessen.
t/s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I/mA
a)
b)
c)
d)
8,6
5,6
3,6
2,4
1,4
1,0
0,6
0,4
0,2
0,18
0,12
Zeichne ein Schaltbild zu diesem Versuch!
Skizziere mit Hilfe deines GTR ein𝑡 − 𝐼 − 𝐷𝑖𝑎𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚!
Gib die physikalische Gleichung einer geeigneten Ausgleichskurve durch diese Messwerte an!
Bestimme die von der zweiten bis zur achten Sekunde geflossene Ladungsmenge und stelle sie in
deiner Skizze zu b) dar!
e)
Deute den Verlauf der Ladekurve mit dem Ladungsmodell!
f)
Ohne die Spannungsquelle oder den Kondensator zu verändern, soll die StartStromstärke𝐼(0)von8,6mAauf4,3mAhalbiert werden. Welches Bauteil der Schaltung müsste hierzu verändert werden? Welchen Einfluss hätte diese Veränderung auf den gesamten Verlauf der Ladungskurve?
Dokumentiere zu b), c) und d) jeweils dein Vorgehen!
2.
Aufgabe
Im so genannten Millikan-Versuch schwebt ein negativ geladenes Öltröpfchen ( Masse 𝑚 = 1,7 ⋅
10−15 𝑘𝑔) in einem Kondensator ( Plattenabstand 𝑑 = 5mm), an den eine Spannung von U = 255 V angelegt ist.
𝑑⋅𝑔⋅𝑚
a)
Für die Ladung des Öltröpfchens im Schwebezustand gilt die Beziehung:𝑞 =
Gleichung begründet her!
b)
Berechne die Ladung des Öltröpfchens und vergleiche dein Ergebnis mit der Elektronenladung 𝑒!
c)
Das Öltröpfchen wird mit UV-Licht bestrahlt und verliert dadurch ein Elektron. Was beobachtet man
nun? Deute den antiproportionalen Zusammenhang zwischen 𝑞 und 𝑈!
3.
Aufgabe
Ein Elektron wird mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 𝑣0 = 4000
nen elektrischen Feldes mit der Feldstärke 𝐸 = 0,8
𝑘𝑁
𝑠 = 8,62𝑐𝑚 auf die positive Kondensatorplatte.
a)
𝐶
𝑘𝑚
𝑠
𝑈
. Leite diese
gegen die Richtung eines homoge-
geschossen und prallt nach einem Weg der Länge
Zeige begründet, dass für die Aufprallgeschwindigkeit gilt: 𝑣 = √𝑣02 +
2𝑒⋅𝐸⋅𝑠
𝑚𝑒
!
[𝑚𝑒 ist die Masse des Elektrons und 𝑒seine Ladung.]
b)
Bestimme die Aufprallgeschwindigkeit𝑣!
4.
Aufgabe
Zwischen den beiden Platten eines Plattenkondensators der Kapazität 𝐶 = 500pF mit der Fläche
𝐴 = 6,5 ⋅ 10−2 𝑚2 und dem Plattenabstand 𝑑 = 1,73𝑐𝑚 befindet sich ein Dielektrikum mit der Permittivität 𝜀𝑟 = 17.
a)
Bestimme die elektrische Feldkonstante𝜀0 !
b)
Bestimme die prozentuale Abweichung des experimentellen Wertes vom Literaturwert!
c)
Bei gleich bleibender Spannung 𝑈wird die Plattenfläche𝐴 halbiert und ihr Abstand𝑑 verdoppelt.
Diskutiere die hiermit eintretenden Veränderungen von𝐸, 𝜎𝑢𝑛𝑑𝐶 !
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