¨Ubung zur Vorlesung PNII “Physik für Chemiker und Biologen”
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Übung zur Vorlesung PNII “Physik für Chemiker und Biologen” Sommersemester 2007 Thomas Schmierer und Nadja Regner, Department für Physik, LMU München 4. Übung (Besprechungstermine 14./18.05.2007) Aufgabe 10: Der Kondensator und das Fahrrad a) Spezielle Kondensatoren am Fahrradrücklicht (als Energiespeicher für Standlicht) besitzen eine Kapazität C = 1 F. An eben jenem Kondensator wird durch den Fahrraddynamo eine Spannung von U = 6 V erzeugt. Wieviel elektrische Energie ist im Kondensator gespeichert? b) Der nun geladene Kondensator betreibt eine LED mit einer mittleren Leistung P = 0,6 W. Wie lange leuchtet die LED, ab dem Zeitpunkt, wenn der Dynamo nicht mehr betrieben wird? c) Die Potentialdifferenz U zwischen den zwei Platten eines Kondensators betrage U0 (der Kondensator ist also nicht mit einer Spannungsquelle verbunden). Nun wird der Abstand zwischen den beiden Platten verdoppelt, wie ändern sich Kapazität C und Spannung U ? Wie wirken sich diese Änderungen auf die im Kondensator gespeicherte Energie E aus? d) Die Zeitkonstante τ = R·C zur Entladung eines Kondensators betrage ohne Dielektrikum 2 min. Mit einem Dielektrikum zwischen den beiden Platten erhöht sie sich auf beachtliche 160 min. Wie groß ist die Konstante r der betrachteten Substanz und um welche Substanz könnte es sich handeln? Aufgabe 11: Das Fadenstrahlrohr In dem Ihnen wohlbekannten Klassiker der Experimentalphysik wird ein Elektron(enstrahl) ~ = 1 mT beschleunigt. Der mit einer Spannung U = 210 V in ein homogenes Magnetfeld B ~ und die Elektronen beschreiben eine kreisförmige Geschwindigkeitsvektor ~v stehe senkrecht zu B Bahn. a) Mit welcher Geschwindigkeit v treten die Elektronen in das Feld. Wie groß ist die Lorentzkraft und in welche Richtung zeigt sie? 2 b) Das Elektron erfährt im Feld eine Zentripetalkraft FZ = m · vr . Zeigen Sie, dass gilt. Wie groß ist r in diesem Fall? e m = v r·B ~ nicht senkrecht zueinander c) Beschreiben Sie die Bahn des Elektronenstrahls, wenn ~v und B stehen. Aufgabe 12*: Magnetfeld am Kern des Wasserstoffatoms Basierend auf dem Bohrschen Atommodell soll das von der Kreisbewegung der Elektronen am Ort des Kerns (Wasserstoffatom) erzeugte Magnetfeld näher betrachtet werden. Im Grundzustand bewege sich das Elektron auf einer Kreisbahn mit dem Radius a0 = 0, 529 Å und einer bestimmten Geschwindigkeit. Bestimmen Sie diese Geschwindigkeit durch gleichsetzen von Coulomb- und Zentripetalkraft. Berechnen Sie den mit den Kreisbewegung verbundenen 0 ·I Strom I (ergibt sich aus Ladung und Umlaufdauer) und das resultierende Magnetfeld B = µ2·R am Kernort.
