Blatt 11

Rechenübungen PHYSIK I WS 2014/15
Blatt 11: 16.01.2015
61. Ein Elektron und ein Proton seien 0.02 nm voneinander entfernt und befinden sich in
einem elektrischen Feld der Stärke 3000 V/m. Der Winkel zwischen dem elektrischen
Feldvektor und der Dipolachse sei 20°. Berechnen Sie a) den Betrag des Drehmomentes
das auf den Dipol wirkt, und b) die Arbeit die verrichtet wird um den Dipol parallel zum
elektrischen Feld auszurichten.
62. Ein Elektron starte in dem in der Abbildung
gezeigten Punkt mit der Geschwindigkeit
v0=5∙106 m/s unter einem Winkel =45° zur
horizontalen Achse. Das elektrische Feld im
Kondensator zeige nach oben und habe
eine Stärke E = 3.5 kV/m. Auf welcher Platte
(der oberen oder der unteren) und in
welchem horizontalen Abstand vom
Startpunkt wird das Elektron auftreffen?
63. Ein kugelförmiger Leiter mit Radius r1=6cm wird mit einer Gesamtladung von +80nC
aufgeladen. Anschließend wird er mit einem zweiten kugelförmigen Leiter mit r 2=2cm
durch einen dünnen leitenden Draht verbunden. a) Wie groß sind die Ladungen auf den
beiden Kugeln? b) Wie groß ist das elektrische Feld der beiden Kugeln direkt an der
Kugeloberfläche? c) Wie hoch ist das elektrische Potential jeder Kugel? (Annahme: Die
Kugeln seien weit voneinander entfernt, sodass sich ihre elektrischen Felder praktisch
nicht beeinflussen, und die Ladung des Verbindungsdrahtes sei vernachlässigbar).
64. Eine homogen geladene nichtleitende Kugelschale mit Radius rK=3m und
Oberflächenladungsdichte K = 3nC/m2 habe ihren Mittelpunkt im Koordinatenursprung.
Eine Punktladung q = 250nC befindet sich auf der y-Achse bei y = 2m. Berechnen Sie das
elektrische Feld auf der x-Achse im Abstand a) x = 2m und b) x = 4m vom Ursprung.
65. Zwei Kondensatorplatten mit der Fläche A=1dm2 und dem Abstand d=1cm (dazwischen
ist Luft,   1 ) sind mit U=200V geladen. Nach dem Entfernen der Ladespannungsquelle
wird eine Platte mit 5mm Dicke und einer Dielektrizitätskonstante   2 zwischen die
Kondensatorplatten geschoben. a) Wie groß sind die Feldstärken im Luftspalt und in der
Platte? b) Wie groß ist die Spannung am Kondensator nach dem Einfügen der Platte?
66. Ein Kondensator der Kapazität von 1 F habe eine Energie von 1 mJ gespeichert a) Wie
groß sind die Spannung und die Ladung des Kondensators? b) Bei angeschlossener
Spannungsquelle werde nun ein Dielektrikum mit r = 80 zwischen die
Kondensatorplatten geschoben, welches das Volumen zwischen den Platten vollständig
ausfüllt. Wie groß sind nun die Ladung sowie die im Kondensator gespeicherte Energie?
c) Nun werde die Spannungsquelle entfernt, und anschließend das Dielektrikum wieder
herausgenommen. Wie groß sind nun die Kondensatorspannung und die im
Kondensator gespeicherte Energie?
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