7. Übungsblatt zur Vorlesung „Physik für Pharmazeuten und Biologen“ Ausgabedatum: Vorlesung am 3. Juni 2013 Besprechung: Übungen am 10. Juni 2013 25 Widerstände und elektrischer Strom Im der unten abgebildeten Schaltung betrage die Spannung U0 = 20 V und der Widerstand R = 300 Ω (für alle eingezeichneten Widerstände). a) Berechnen Sie die Ströme I1 , I2 , I3 in den Teilzweigen und Igesamt ! b) In welchem Teilzweig wird die größte elektrische Leistung Pelektrisch umgesetzt? Berechnen Sie die Leistung Pgesamt , die im gesamten Stromkreis umgesetzt wird! 26 Das elektrische Feld Vier Punktladungen Q werden in den Ecken eines Quadrates mit der Kantenlänge a = 1 m fixiert. Der Betrag der Ladung Q betrage |Q| = 1 nC. Entnehmen Sie das Vorzeichen der jeweiligen Ladung der Abbildung. Die elektrische Feldkonstante hat den Wert 0 = 8, 8542 · 10−12 A·s V ·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 befindet! Die Elementarladung hat den Wert e = −1, 6022 · 10−19 C. 27 Der Plattenkondensator In einen Plattenkondensator werde ein Elektron mit der Geschwindigkeit v0 = 600 · 103 m s parallel zu den Kon- densatorplatten eingeschossen. Das Elektron tritt genau in der Mitte zwischen den beiden Kondensatorplatten in den Kondensator ein. Eine Kondensatorplatte habe eine Fläche von A = 4 · 10−2 m2 , der Plattenabstand betrage d = 0, 1 m und zwischen den Platten liege eine Spannung von U0 = 2 V an. Die elektrische Feldkonstante hat den Wert 0 = 8, 854 · 10−12 F m −19 = 8, 8542 · 10−12 VA·s C und die Masse ·m , die Elementarladung beträgt e = −1, 6022 · 10 eine Elektrons beträgt me = 9, 1094 · 10−31 kg. a) Berechnen Sie die Kapazität C des Kondensators! b) Berechnen Sie die Ladung Q auf den Kondensatorplatten! c) Berechnen Sie Betrag und Richtung des elektrischen Feldes E zwischen den Kondensatorplatten! d) Berechnen Sie den Energieinhalt WC des elektrischen Feldes! e) Berechnen Sie die Strecke ∆x, die das Elektron in horizontaler Richtung zwischen den Kondensatorplatten zurücklegt, bevor es auf die Kondensatorplatte trifft! Hierfür soll angenommen werden, dass das elektrische Feld im Inneren des Kondensators homogen ist und außerhalb der Kondensatorplatten E = 0 ist. 28 Kraft auf bewegte Ladungen im magnetischen Feld In ein homogenes magnetisches Feld der magnetischen Flussdichte B = 1 T werde ein geladenes Teilchen mit der Geschwindigkeit v = 4, 8 · 106 m s eingeschossen. In dem Magnetfeld bewegt es sich auf einer kreisförmigen Bahn mit Bahnradius r = 0, 1 m. a) Berechnen Sie die Lorentzkraft FL , die auf das eingeschossene Teilchen wirkt, wenn es sich bei dem Teilchen um ein Elektron handele! b) Kann es sich bei dem eingeschossenen Teilchen um ein α-Teilchen 42 He handeln?