Tutorium Physik 2. Elektrizität

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Tutorium Physik 2.
Elektrizität
SS 16 | 2.Semester | BSc. Oec. und BSc. CH
4.2016 | Tutorium Physik 2 | Elektrizität | Großmann |
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Themen
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Fluide
Rotation
Schwingungen
Elektrizität
Optik
Radioaktivität
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10. ELEKTRIZITÄT
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10.1 Coulombkraft: Aufgabe (**)
Wie groß ist die Coulomb-Kraft F zwischen einem
Wasserstoff-Atomkern (q1 = 1,602·10-19 C) und einem
Elektron (q2 = 1,602·10-19 C) bei einer Entfernung von
a) r1 = 0,529 m?
b) r2 = 52,9 pm (Elektron umkreist Atomkern)?
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10.2 Punktladung: Aufgabe
Wie groß in μC müsste jede von zwei Punktladungen sein,
die sich in einer Entfernung von r = 10 cm gegenüberstehen, wenn eine Anziehungskraft von F = 100 N
zustande kommt?
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10.3 Massenpunkt: Aufgabe
Zwei kleine Körper, die als geladene Massenpunkte mit
gleichem Ladungsbetrag betrachtet werden können, üben in
der gegenseitigen Entfernung r = 10 cm die Kraft F = 300 N
aufeinander aus. Wie groß sind die Ladungen?
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10.4 Abstand zweier Teilchen: Aufgabe
Das Produkt der Beträge der Ladungen zweier Teilchen
beträgt 6 C².
Die zwischen ihnen wirkende Coulombkraft beträgt
F = 4,31·1012N.
Wie weit befindet sich Teilchen 1 von Teilchen 2 entfernt?
Geben Sie den Abstand in cm an.
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10.5 Konstantan: Aufgabe
Aus Konstantandraht soll eine Spule mit einem Widerstand
R = 25 Ω gewickelt werden. Welche Stromstärke in A wird
gemessen, wenn die Spule an eine Spannung U = 40 V
angeschlossen wird?
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10.6 Widerstände: Aufgabe
a. Drei Widerstände mit je R = 300 Ω sind in Reihe
geschaltet.
Berechnen Sie den Gesamtwiderstand RGes.
b. Drei Widerstände mit je R = 300 Ω sind parallel
geschaltet.
Berechnen Sie den Gesamtwiderstand RGes.
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10.7 Parallelschaltung: Aufgabe
Zwei Glühlampen mit der Leistung P = 40 W werden parallel
an eine Spannungsquelle von U = 230 V geschaltet.
Berechnen Sie den Gesamtwiderstand.
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10.8 Reihenschaltung: Aufgabe
Zwei Glühlampen mit der Leistung P = 40 W werden in
Reihe an eine Spannungsquelle von U = 230 V geschaltet.
Berechnen Sie die umgesetzte Leistung.
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10.9 Wechselstrom: Aufgabe
Eine elektrische Wechselstromleitung der Spannung
U = 230 V ist mit einer Sicherung der Stromstärke I = 16 A
abgesichert. Welche elektrische Leistung in kW kann
maximal angenommen werden?
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10.10 Destillieranlage: Aufgabe
Eine Destillieranlage arbeitet mit einer Leistung von
p = 2,42 kW. Welchen Widerstand muss die elektrische
Heizung bei einer Spannung von U = 230 V haben?
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10.11 Kapazität: Aufgabe (*)
a.
b.
c.
Wie sehen die Graphen vom Laden und Entladen einer
Kapazität aus?
Was geschieht beim Laden einer Kapazität?
Zu welchem Zeitpunkt t geht die Spannung U beim
Entladen und beim Laden eines Kondensators gegen
U = 0 V?
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10.12 Kondensator, Entladevorgang:
Aufgabe (**)
Ein Kondensator wird an eine Gleichspannung
U = 230 V angelegt. Er kann eine maximale Ladung von
Q = 1.150 C aufnehmen. Dem Entladevorgang setzt er
einen Widerstand R = 2 Ω entgegen.
a. Berechnen Sie die Kapazität C und die Zeitkonstante τ
des Kondensators.
b. Wann ist die Spannung auf U = 10 V abgefallen?
c. Wann ist die Spannung U theoretisch bzw. praktisch auf
0V abgefallen?
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10.13 Kondensator, Aufladevorgang:
Aufgabe (**)
a) Wie groß ist die Spannung U zum Zeitpunkt
t0  0s; t1  t 1 2 s; t 2 = ; t3 = 6s; t4 =10s; t5 =5  s,
wenn  = 3s und U 0 = 10 V
b) Skizzieren Sie die Ladekurve.
c) Berechnen Sie τ für t = 6 s.
d) Wann ist der Kondensator zu 25% geladen?
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10.14 Kapazität: Aufgabe
Wie groß ist die im elektrischen Feld eines
Plattenkondensators mit der elektrischen Kapazität C = 2 μF
gespeicherte Energie in mWs, der mit einer Spannung U =
400 V aufgeladen wurde?
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10.15 Kondensator, Energie: Aufgabe (**)
Ein Kondensator wird entladen, nachdem er zuvor bei einer
Spannung von U = 230 V und über einen Widerstand von
R = 240 Ω aufgeladen wurde. Die Zeitkonstante τ beträgt
7 s.
Wie viel Energie wird bei diesem Entladevorgang frei?
Geben Sie das Ergebnis sowohl in J als auch in kJ in
wissenschaftlicher Schreibweise mit drei Nachkommastellen
an!
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10.16 Magnetische Kraft: Aufgabe (*)
Sie haben ein Magnetfeld, dass aus der Papierebene
herauszeigt. Darin bewegen sich Teilchen in der
Papierebene nach oben.
In welche Richtung wird ein
a. Elektron
b. Proton
c. Neutron
abgelenkt?
Benennen Sie auch, was für eine Form die Bahn der
Teilchen hat.
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10.17 Konstantan: Aufgabe (***)
Aus Konstantandraht mit einem Durchmesser d = 2,0 mm
soll eine Spule mit einem Widerstand R = 25 Ω gewickelt
werden.
• Welche Länge muss der Draht haben?
• Hinweis: Spezifischer Widerstand von Konstantan:
•
ρ = 0,5 Ω*mm²/m
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10.18 Aluminium: Aufgabe (***)
•
•
•
Ein Aluminiumdraht mit einer Länge l = 400 m und einem
Durchmesser d = 0,8 mm weist einen spezifischen
elektrischen Widerstand ρ(Al) = 25,3 Ω•nm für Aluminium
auf.
Wie groß ist der elektrische Widerstand dieses Drahtes?
Wie groß ist die zu erwartende elektrische Stromstärke in
A?
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10.19 Kupferleitung: Aufgabe (***)
Welchen Widerstand R hat eine zweiadrige Kupferleitung
(d.h. eine Leitung, bei der je ein Draht für Hin- und
Rückleitung isoliert nebeneinander liegen) von l = 12 km
Länge, wenn jeder Draht die Querschnittsfläche
A = 2,5 mm² hat?
Hinweis: Spezifischer elektrischer Widerstand von Kupfer
ρ = 0,017 Ω • mm²/m
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