Übungen zur Physik II, SS 2003

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Übungen zur Physik II, SS 2003
Prof. Dr. Th. Walcher mit Dr. M. Distler und Assistenten
<http://wwwa1.kph.uni-mainz.de/Physik2/>
Serie 5
Abgabe der Übung bis Montag, den 16. 6. 2003, 10.15 Uhr im Fächerkasten des Instituts für
Kernphysik.
Bitte mit »Physik II«, Gruppennummer und deutlich lesbarem Namen kennzeichnen!
Aufgabe 17 (4 Punkte)
In der nebenstehenden Schaltung soll über
das Ohmsche Gesetz der unbekannte Widerstand Rx bestimmt werden. Welche Stromund Spannungsmessungen muss man dazu
vornehmen?
Hinweis: Beachten Sie, dass sowohl das Ampèremeter als auch das Voltmeter (unbekannte)
Innenwiderstände RA bzw. RV haben.
U0
s
s
s
A
V
Rx
s
Aufgabe 18 (3 Punkte)
Ein wichtiger Schritt bei der Aluminiumherstellung ist die Elektrolyse von Aluminiumoxid.
An der Kathode wird dabei das Aluminium gemäß Al3+ + 3e− → Al reduziert.
Welcher Strom muss durch die Elektrolysezelle fließen, wenn sie am Tag eine Tonne Aluminium (Atommasse MAl = 26,98 g/mol) produzieren soll?
Aufgabe 19 (3 Punkte)
Man berechne die Kapazitäten folgender Anordnungen von Dielektrika.
ε1
d/2
ε2
d/2
+
U
ε1
ε2
A/2
A/2
−
(b. w.)
Aufgabe 20 (3 Punkte)
Ein Behälter, der mit Luft bei Zimmertemperatur und Normaldruck gefüllt ist, wird Röntgenstrahlung ausgesetzt, die einen kleinen Teil der Moleküle ionisiert. Es entstehen positive Stickstoff (N2 )- und negative Sauerstoff (O2 )-Ionenen, wobei angenommen werden soll, dass beide
Molekülsorten das gleiche Molekulargewicht von M = 30 besitzen. Der Behälter bestehe aus
zwei einander gegenüberliegenden metallischen Elektroden von je 10 × 10 cm2 Fläche, die
durch einen Isolatorrahmen, der die Seitenwände des Behälters darstellt, auf 2 cm Abstand gehalten werden. An die Elektroden wird eine Spannung von 1 kV gelegt; dabei fließt ein Strom
von 1,5 µA.
Wie groß ist die Leitfähigkeit der schwach ionisierten Luft? Wie groß sind die mittlere Stoßzeit
und die mittlere Weglänge zwischen zwei Stößen, wenn man für die mittlere Driftgeschwindigkeit der Ionen 5 · 104 cm/s ansetzt? Welcher Bruchteil der Gasmoleküle wurde ionisiert?