3. LK - Physikklausur / Abi 40 / 27-2-12

3. LK - Physikklausur / Abi 40 / 27-2-12
1. Aufgabe: Versuch zur Bestimmung der Kapazität einer Konduktorkugel
1.1 Skizzieren Sie den Versuchsaufbau.
1.2 Beschreiben Sie die Durchführung des Versuchs.
1.3 Zeichnen Sie ein Diagramm mit den folgenden schon vorher ermittelten Werten und
bestimmen Sie die Kapazität der Konduktorkugel mithilfe einer Ausgleichsgeraden.
U/V
Q / 10
-10
C
0
50
100
150
200
250
300
0
2,81
5,56
8,25
12.3
14,0
16,1
1.4 Die Kapazität einer Konduktorkugel lässt sich auch geometrisch berechnen:
C = 4 π ε 0ε r r
(mit r = Radius der Kugel).
Berechnen Sie die Kapazität für die Kugel mit dem Durchmesser d = 10 cm.
1.5 Bestimmen Sie den absoluten und den relativen Fehler zwischen der Messung und dem
theoretisch errechneten Wert für die Kapazität.
1.6 Wenn neben der geladenen Kugel eine weitere geerdete Kugel aufgestellt wird, vergrößert
sich die Ladung der Kugel bei gleicher Spannung. Erklären Sie diesen Effekt.
1.7 Der ganze Versuch findet unter Wasser statt. Was bedeutet dies für die Kapazität des
Kondensators?
2. Aufgabe: Ladung im elektrischen Feld
Bei einem Versuch wird das elektrische Feld von einem kreisförmigen Plattenkondensator mit
r = 10 cm und dem Plattenabstand von d = 5 mm erzeugt. Die Platten des Kondensators
werden parallel zur Erdoberfläche gestellt und so gepolt, dass die obere Platte positiv und die
untere negativ geladen ist.
2.1 Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.
2.2 Welche Ladung besitzt der Kondensator, wenn eine Spannung von 0,75 kV angelegt
wird?
2.3 Wie groß ist die elektrische Feldstärke des Kondensators und welche Kraft wirkt auf eine
Probeladung von 2 pC?
2.4 Wie groß muss die Spannung gewählt werden, damit ein Öltröpfchen zwischen den
Kondensatorplatten mit dem Durchmesser von 2/100 mm und der dreifachen
Elementarladung in der Schwebe gehalten wird.
Erstellen Sie hierzu eine Skizze und leiten Sie daraus die Gleichgewichtsbedingung ab.
g
ρ Öl = 1,8 3
Dichte des Öls
cm
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Aufgabe: Kondensatoren
Ein Kondensator mit der Kapazität von 6 nF wird mit 350 V aufgeladen. Dann wird er von
der Spannungsquelle getrennt, ein Messgerät zeigt weiterhin seine Spannung an. Nun wird er
mit einem anderen Kondensator mit unbekannter Kapazität verbunden. Dabei sinkt die
Plattenspannung mit dem Verbinden der beiden auf 210 V ab.
Berechnen Sie die Kapazität des zweiten Kondensators.