12 - TU Chemnitz

Technische Universität Chemnitz
Institut für Physik
Dipl.-Phys. Cornelius Krasselt
Optische Spektroskopie und Molekülphysik
http://www.tu-chemnitz.de/physik/OSMP
Übungen zur Physik I
CS, Mathe, Info, WS 2010/11
12. Übung – 27.01.2011
Elektrostatik
1. Aufgabe:
Gegeben sei das elektrische Feld E = E0 ex mit E0 = 4 kN/C. Eine im
Koordinatenursprung ruhende Punktladung mit q = 4 µC werde losgelassen.
a) Ermitteln Sie die kinetische Energie der Punktladung als Funktion der x-Koordinate
und geben Sie diese für x = 5 m an.
b) Geben Sie den Potentialunterschied zum Koordinatenursprung bei x = 5 m an.
c) Bestimmen sie den Potentialverlauf φ(x) unter der Randbedingung φ(0) = 0,
φ(0) = 4 kV bzw. φ(1 m) = 0.
2. Aufgabe:
Damit durch die Erwärmung von Stromleitungen in einem Haus kein Brand ausbricht,
müssen diese hinreichend niederohmig sein. Wie stark müsste ein Kupferkabel
(ρCu = 16,8 * 10-3 Ωmm2/m) sein, damit es bei einer maximal zulässigen
Wärmeentwicklung von 2 W/m einen Strom von 20 A leiten kann?
3. Aufgabe:
Ein Elektronenstrahl mit der Ladungsträgerdichte 5 * 106 cm-3 habe einen
Durchmesser von 2 mm. Welche Geschwindigkeit haben die Elektronen, wenn deren
Energie 1000 eV beträgt? Welche Stromstärke hat der Elektronenstrahl?
4. Aufgabe:
Gegeben sei die nebenstehende Schaltung.
a) Ermitteln Sie den Widerstand zwischen den
Punkten a und b.
b) Berechnen Sie für die einzelnen Widerstände
jeweils die über ihnen abfallenden
Spannungen sowie die durch sie fließenden
Ströme, falls zwischen den Punkten a und b
eine Spannung von 12 V abfällt.
5. Aufgabe:
Eine 20 flammige Lichterkette und ein Schwibbogen mit 7 Kerzen werden jeweils mit 3
W Lampen und der üblichen Netzspannung (240 V) als Reihenschaltung betrieben.
Nach Ausfall einer Lampe der Lichterkette steht als Ersatz nur eine Lampe des
Schwibbogens zur Verfügung. Überlegen Sie, ob dieser Austausch sinnvoll wäre,
indem Sie die Ströme durch die Lampen berechnen.
Magnetfelder
6. Aufgabe:
Ein Teilchen der Masse m und Ladung q tritt mit der Geschwindigkeit
v = vx,0 ex + vy,0 ey in ein parallel zur x-Achse gerichtetes homogenes Magnetfeld ein.
a) Welche Bahn beschreibt das Teilchen?
b) Welcher Bahnradius und welche Umlaufzeit stellen sich ein?