15 - TU Chemnitz
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Technische Universität Chemnitz Institut für Physik Dipl.-Phys. Franziska Lüttich [email protected] http://www.tu-chemnitz.de/physik/OSMP Seminar Analyse exp.-phys. Probleme SS 2011 15. Seminar - Elektrizitätslehre 1. Aufgabe: An einer Elektronenstrahlröhre liegt eine Beschleunigungsspannung 12,0 kV an. Das Ablenksystem besteht aus einem horizontalen, quadratischen Plattenpaar mit der Kantenlänge 30,0 mm und dem Plattenabstand 5,0 mm. Die Spannung am Plattenpaar beträgt 180 V, die obere Platte ist positiv geladen. a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit eines Elektrons beim Eintritt in das Plattenpaar. b) Charakterisieren Sie die Bahnkurve eines Elektrons im Plattenpaar. Beschreiben Sie, wie sich die Richtung und Betrag von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft ändern. c) Berechnen Sie den Winkel zwischen der ursprünglichen und der Bewegungsbahn nach dem Plattenpaar. 2. Aufgabe: Elektronen treten mit der Geschwindigkeit 2,0 · 105 m/s in Gegenrichtung zu den Feldlinien eines homogenen elektrischen Feldes in dieses ein, durchlaufen es auf einer Strecke von s = 20 cm und sollen dadurch auf die Geschwindigkeit 8,0 · 106 m/s gebracht werden. a) Skizzieren Sie die Versuchsanordnung (nicht Maßstabsgerecht). b) Berechnen Sie die erforderliche elektrische Feldstärke. 3. Aufgabe: Beim Millikan-Versuch schwebe in der Kammer C ein Öltröpfchen mit dem Radius 1,64 mm und der Dichte 0,851 g/cm³ in einem nach unten gerichteten elektrischen Feld vom Betrag 1,92·105 N/C. Wie groß ist die Ladung auf dem Tröpfchen als Vielfaches von e? 4. Aufgabe: Bestimmen Sie für den nebenstehenden Stromkreis den Strom durch jeden der beiden Widerstände sowie die Potentialdifferenz zwischen den Punkten a und b. ( R1 = 100 Ω, R2 = 50 Ω) 5. Aufgabe: Die Abbildung zeigt einen verzweigten Stromkreis, der die drei Schalter S1, S2 und S3 mit jeweils zwei Schalterstellungen enthält. Ermitteln Sie den Strom im Punkt a für sämtliche mögliche Kombinationen von Schalterstellungen. Innenwiderstand der Batterie sei vernachlässigbar. (U = 120 V, R1 = 20 Ω, R2 = 10 Ω) - Bitte wenden! - Technische Universität Chemnitz Institut für Physik Dipl.-Phys. Franziska Lüttich [email protected] http://www.tu-chemnitz.de/physik/OSMP Seminar Analyse exp.-phys. Probleme SS 2011 6. Aufgabe: Liegt zwischen A und B in der abgebildeten Schaltung die Gleichspannung 18,0 V, so stellt sich eine Gesamtstromstärke von 500 mA ein. a) Begründen Sie, dass die Anfangsstromstärke 500 mA übersteigt. b) Berechnen Sie den Widerstand R1 des ohmschen Bauelementes. 7. Aufgabe: In einem RC-Kreis sei die Batteriespannung 12,0 V, R = 1,4 MΩ und C = 1,80 µF. a) Berechnen Sie die Zeitkonstante des Kreises. b) Welche maximale Ladung erreicht der Kondensator während des Ladevorgangs? c) Wie lange dauert es, bis diese Ladung 16,0 µC erreicht. d) Skizzieren Sie die Auf- und Entladekurven ( U(t) und I(t) )! 8. Aufgabe: Ein Kondensator, zwischen dessen Platten eine Potentialdifferenz von 100 V besteht, beginnt sich über einen Widerstand zu entladen, nachdem zur Zeit t = 0 s ein Schalter geschlossen wurde. Später, zur Zeit t = 10,0 s, beträgt die Potentialdifferenz über dem Kondensator noch 1,0 V. a) Wie groß ist die Zeitkonstante des Stromkreises? b) Wie groß ist die Potentialdifferenz zwischen den Kondensatorplatten zur Zeit t = 17,0 s? Lösungen 5. Aufgabe: geschlossene Schalter: S1: S1+S2: S1+S2+S3 S1+S3 S2: S3: S2+S3: R = 40 Ω R = 32 Ω R = 31 Ω R = 33 Ω R = 50 Ω R = 60 Ω R = 42 Ω I = 3,0 A I = 3,8 A I = 3,9 A I = 3,6 A I = 2,4 A I = 2,0 A I = 2,9 A
