5. Übungsblatt
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Experimentalphysik 2 - Sommersemester 2015 Übungsblatt 5 - Abgabe: Montag, 01.06.2015, bis 12:00 Uhr Dozenten: Oberassistent: Homepage: Prof. Dr. W. Heil Tel. 06131-39-22885, [email protected] Prof. Dr. K. Wendt Tel. 06131-39-22882, [email protected] Reinhard Heinke Tel. 06131-39-24407, [email protected] www.ag-heil.physik.uni-mainz.de/306 ENG HTML.php Dieses Übungsblatt enthält bewertete Übungsaufgaben, welche schriftlich gelöst zu obig genanntem Termin in die roten Briefkästen im Erdgeschoss des 1. Kreuzbau (Staudinger Weg 7) rechts neben den Aufzügen eingeworfen werden müssen. Die Besprechung findet in den Übungen nach der Abgabe statt. Dabei sollen die Aufgaben durch die Studenten vorgerechnet werden. 1 Kugelkondensator - 5 Punkte Ein Kugelkondensator besteht aus einer positiv geladenen leitenden Hohlkugel mit dem Radius r1 = 1cm und einer negativ geladenen leitenden Hohlkugel mit dem Radius r2 = 2cm. a) Wie groß ist das elektrische Feld in den 3 Bereichen: i) r < r1 ii) r1 < r < r2 iii) r > r2 b) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators? 2 Coulomb-Kraft - 3 Punkte a) Betrachten Sie ein Wasserstoffatom mit einem Proton mit der Ladung Q2 = +e und einem Elektron mit der Ladung Q1 = −e. Das Elektron bewegt sich auf einer Kreisbahn mit dem Radius r = 0,53 · 10−10 m (Bohrscher Radius) um das Proton. Berechnen Sie die elektrische Kraft, die das Elektron in einem Wasserstoffatom aufgrund des Kerns erfährt. b) Berechnen Sie die Stärke der Gravitationskraft zwischen den beiden Teilchen (me = 9,1095 · 10−31 kg, mp = 1,6726 · 10−27 kg). Welche Kraft überwiegt um welchen Faktor? c) Berechnen Sie die Fluchtgeschwindigkeit die ein Elektron braucht, um der elektrischen Anziehung eines Protons aus der Entfernung r0 = 10−10 m für immer zu entkommen. 3 Elektrische Feldstärke - 5 Punkte a) Bestimmen Sie das elektrische Feld an einem Eckpunkt eines Quadrats der Seitenlänge L, wenn an der gegenüber liegenden Ecke die Ladung Q1 und an den beiden anderen Eckpunkten jeweils die Ladung Q2 sitzt. b) Bestimmen Sie eine Bedingung für die Ladungen Q1 und Q2 , so dass die Kraft auf eine am freien Eckpunkt befindlichen Ladung Q3 verschwindet. 4 Elektronenbewegung im elektrischen Feld - 7 Punkte Elektronen fliegen unter einem Winkel θ0 zur Horizontalen (x-Achse) in ein elektrisches Feld zwischen zwei Platten ein (siehe Abbildung). Sie befinden sich beim Eintritt in das Feld genau zwischen den beiden Platten. Ihre Bahn tangiert die obere Platte (ohne sie zu berühren) und verläuft symmetrisch. Die Elektronen verlassen die Feldregion also genau zwischen den Platten und unter demselben Winkel. Berechnen Sie θ0 mit den in der Abbildung gegebenen Werten. Vernachlässigen Sie dabei die Randfelder. (E = 5,0 · 103 N C)
