8. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten 29 Das

8. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten
Vorlesung am 20. Juni 2016
Besprechung: Übungen ab 28. Juni 2016
Ausgabedatum:
29
Das elektrische Feld 1
Zeichnen Sie für die nachfolgenden 5 Fälle die elektrischen Feldlinien inklusive deren Richtung um und zwischen
den einzelnen, geladenen Objekten ein!
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Das elektrische Feld 2
Vier Punktladungen Q werden in den Ecken eines Quadrates mit der Kantenlänge a = 1 m xiert. Der Betrag der
elektrischen Ladung Q betrage |Q| = 1 nC . Entnehmen Sie das Vorzeichen der jeweiligen Ladung in der Abbildung.
Die elektrische Feldkonstante hat den Wert 0 = 8, 8542 · 10−12 VA·s
·m .
a)
Geben Sie Betrag und Richtung des elektrischen Feldes E im Mittelpunkt P des Quadrates an!
b) Geben Sie Betrag und Richtung der Kraft auf ein Elektron an, das sich in Punkt P
hat den Wert e = −1, 6022 · 10
−19
C.
bendet! Die Elementarladung
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Spannungswaage
Groÿe Spannungen können mit einer Spannungswaage gemessen werden. Dabei wird die elektrische Anziehungskraft,
die zwei geladene Kondensatorplatten aufeinander ausüben, durch eine Gewichtskraft kompensiert. Der Kondensator der Spannungswaage habe eine Kapazität von C = 2 nF . Die Waage sei ohne angelegte Spannung ausgeglichen.
Der Abstand der Kondensatorplatten betrage in diesem Zustand d = 1 cm.
Nun wird ein zusätzliches Gewicht der Masse m = 5 g der Waage hinzugefügt. Um den Abstand der Platten
konstant auf d = 1 cm zu halten, muss nun eine zunächst unbekannte Spannung U zwischen den Kondensatorplatten angelegt werden. Die Kraft F , die allgemein zwischen zwei Kondensatorplatten wirkt, lässt sich mit Hilfe des
folgenden Ansatzes berechnen: F · d = WC . Hierbei ist WC die Energie, die im elektrischen Feld des Kondensators
gespeichert ist.
Die Erdbeschleunigung betrage g = 9, 81 sm2 , die Elektrische Feldkonstante hat den Wert 0 = 8, 8542 · 10−12
As
V m.
Berechnen Sie die Spannung U , die am Kondensator anliegt!
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Resonanz im elektrischen Schwingkreis
Es sei ein idealer elektrischer Schwingkreis aus einem Kondensator der Kapazität C = 33 nF und einer Spule der
Induktivität L = 42 mH gegeben. Zum Zeitpunkt t = 0 bende sich eine Ladung von Q = 0, 22 µC auf dem
Kondensator.
a)
Berechnen Sie die Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises!
b)
Berechnen Sie die Scheitelspannung U0 , die am Kondensator zum Zeitpunkt t = 0 anliegt!
Berechnen Sie die Scheitelstromstärke I0 des Wechselstroms durch die Spule! Zu welchem Zeitpunkt t nach Starten der Schwingung erreicht die Stromstärke IL durch die Spule ihren Maximalwert I0 ? Welcher Erhaltungssatz
ndet bei der Berechnung Anwendung?
c)