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Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fakultät für Naturwissenschaften
Institut für Experimentelle Physik
Übungsaufgaben zum Modul 1:
Klassische Physik – Elektrodynamik
Übungsserie 1- gemischte Aufgaben
Aufgabe 1: Kräfte auf Punktladungen
(6 Punkte)
a) Bild 1 zeigt das folgende Experiment:
In der Mitte eines Plattenkondensators befindet sich eine Kugel. Die Kondensatorplatten
haben einen Abstand d=8,5 cm. Die Metallkugel selbst hat eine Masse von m=2,5 g und
hängt an einem 2,0 m langem, elektrisch nicht leitenden, masselosen Faden.
Auf die Kugel wird eine Ladung von 5,2 ∙ 10-8 C aufgebracht.
Wird der Kondensator aufgeladen, bewegt sich die Kugel 2,5 cm (horizontale Distanz) auf
eine Platte zu.
Berechnen Sie die dazu notwendige Spannung an den Kondensatorplatten.
b) Bild 2 zeigt einen weiteren Versuch:
Nun hängen zwei sehr kleine Kugeln gleicher Masse und gleicher positiver Ladung an
zwei nichtleitenden Fäden und stoßen einander ab. (Es ist davon auszugehen, dass dieser
Versuch im Vakuum stattfindet.)
Berechnen Sie die elektrische Ladung der beiden Kugeln aus folgenden Werten:
Masse jeder Kugel:
Länge jedes Fadens:
Winkel zwischen den Fäden:
m = 10-4 kg
l = 10 cm
α = 30°
Aufgabe 2: Bewegung im elektrischen Feld
(6 Punkte)
Elektronen bewegen sich, wie das unten stehende Bild zeigt, durch das elektrische Feld eines
Plattenkondensators:
Die Elektronen werden anfangs in einem elektrischen Feld zwischen Kathode K und Anode A
beschleunigt, gelangen durch ein Loch in der Anode in einen feldfreien Raum und
durchqueren anschließend einen geladenen Plattenkondensator, ehe sie auf einen Schirm
treffen.
Folgende Werte sind gegeben:
Länge des Plattenkondensators:
Abstand der Kondensatorplatten:
Anodenspannung:
Spannung am Kondensator:
l = 5,0 cm
d = 5,0 cm
UB = 500 V
UK = 400 V
Skizzieren Sie die Bahn der Elektronen von der Kathode K bis zum Schirm S und benennen
Sie die in den einzelnen Abschnitten auftretenden Bewegungsarten. Dabei wird vorausgesetzt,
dass die Elektronen senkrecht in den Kondensator eintreten.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit v0 der Elektronen vor dem Eintritt in den
Ablenkkondensator.
Leiten sie die Formel für die Ablenkung Δy gegenüber der feldfreien Bahn beim Austritt aus
den Plattenkondensator her und berechnen Sie diese.
Aufgabe 3: Widerstandspyramide
(8 Punkte)
Sechs gleiche Widerstände mit jeweils R=300 Ω sind so zusammengelötet, dass sie zwei
gegenüberliegende Grundkanten und die vier Seitenkanten einer quadratischen Pyramide
bilden. An den Punkten P und Q liegt die Spannung U=10 V an.
a) Zeichnen Sie ein ebenes Ersatzschaltbild für diese Pyramide.
b) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand zwischen den Punkten P und Q.
c) Berechnen Sie die Stromstärke I.