Aufgabe 1:

Übungsaufgaben
Ausgabe 11.05.2016
Abgabe 18.05.2016
Aufgabe 1 (4 Punkte): Zwischen den leitenden Platten eines idealen Plattenkondensators (Fläche
jeweils A = 600 cm2) herrscht eine elektrische Feldstärke von E = 150 kV/m.
(a) Berechne die jeweils auf den Kondensatorplatten gespeicherte elektrische Ladung!
(b) Berechne die anziehende Kraft zwischen beiden Kondensatorplatten.
Aufgabe 2 (3 Punkte):
Eine sehr kleine Kupferkugel (Dichte 8,92 g cm-3) mit einem Durchmesser von 0,214 mm hängt an
einem dünnen isolierenden Faden und trägt eine Ladung von 282 mC. Direkt unter der Kugel
befindet sich in einem Abstand von 2,00 m eine sehr große, horizontal angeordnete Kupferplatte.
(a) Welche Kräfte wirken auf die Kugel? Wodurch werden die Kräfte hervorgerufen?
(b) Wie verteilen sich näherungsweise die Ladungsträger auf der Kugel? (Bei der
Beantwortung hilft der Vergleich, wie nahe sich die Ladungen auf der Oberfläche im
Vergleich zu den anderen vorhandenen Ladungen sind)
(c) Welches Modell zur Berechnung der Zugspannung im Faden kann angewendet werden?
(d) Wie groß ist die Zugspannung? Man beachte die signifikanten Stellen!
Aufgabe 3 (3 Punkte):
Ein Wassermolekül mit einem permanenten Dipolmoment von 6,17 10-30 Asm befindet sich in
einem sehr hohen elektrischen Feld von 3000 kV/m eines Plattenkondensators. (a) Bestimmen Sie
das maximale auf das Wassermolekül wirkende Drehmoment. (b) Berechne die maximale
potentielle Energie des Wassermoleküls in diesem elektrischen Feld und vergleiche diese mit
seiner
mittleren
thermischen
Energie
bei
300
K.
Vernachlässige
Rotations-
und
Schwingungsfreiheitsgrade des Wassermoleküls. (c) Wir betrachten nun eine Solvationshülle von
Wassermolekülen um ein Natriumion. Vergleichen Sie die Daten aus den Teilaufgaben (a) und (b)
mit der abgeschätzten maximalen Wechselwirkungsenergie zwischen einem Wassermolekül in der
Solvationshülle und dem Natriumion sowie mit dem abgeschätzten maximalen Drehmoment,
welches das Natriumion auf das Wassermolekül ausüben kann. Dafür nehmen wir näherungsweise
ein punktförmiges Wassermolekül und Na+-Ion sowie einen Abstand zwischen beiden von 0,235
nm an.
Freiwillige Zusatzaufgabe:
Eine ebene, als unendlich ausgedehnt angenommene, dünne Platte trägt eine homogene und
konstante Flächenladungsdichte  = Q/A = 10-6 C/m2. Welcher Feldstärke herrscht in einem Punkt
im Abstand 0,5 m von der Fläche?