Lösungen zum Aufgabenblatt elektrisches Feld

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Physik * Jahrgangsstufe 11 * Lösungen zu den Aufgaben „Energie im elektrischen Feld“
3. a)
4. a) E =
U 1,8kV
kV
=
= 45
d
0, 04m
m
b) ϕ ( A) = − 0,90 kV
und F = q ⋅ E = 25nC ⋅ 45
kV
= 1,1 mN
m
; ϕ ( B) = − 1,35 kV ; U AB = ϕ ( A) − ϕ ( B) = 0, 45 kV
c) U = konst. und d wird verdoppelt ⇒
U
A
E=
halbiert sich, C = ε o
halbiert sich, Q = C ⋅ U halbiert sich und
d
d
1
Wel = ⋅ C ⋅ U 2 halbiert sich.
2
Da sich die Platten anziehen, muss mechanische Arbeit aufgebracht werden; trotzdem
nimmt die Energie des elektrischen Feldes nicht zu sondern sogar noch ab! Grund:
Die Batterie wird aufgeladen!!! (Ladungen werden gegen die anliegende Spannung in
Batterie „zurückgeschoben“!)
1
1
⋅ C ⋅ U 2 = ⋅ 4700 µ F ⋅ (15V ) 2 = 0,53 J
2
2
N
b) 0,53 J = mgh = 0,100kg ⋅ 9,8 ⋅ h ⇒ h = 0, 54 m
kg
5. a) Wel =
c) C = ε o ⋅
A
C ⋅ d 4700 µ F ⋅ 0, 050m
⇒ A=
=
= 27 km 2
εo
d
−12 As
8,85 ⋅10
Vm
6. Q = konstant
a) wird d halbiert, dann verdoppelt sich C, U wird halbiert und E bleibt gleich.
2
b) wird d um 50% vergrößert, dann nimmt C auf
des Ausgangswertes ab und
3
U nimmt auf das 1,5-fache des Ausgangswertes zu; E bleibt wieder gleich.
7. Gewichtskraft FG = mg und elektrische Kraft Fel = q∙E halten sich das Gleichgewicht.
(Die untere Platte ist dabei negativ!)
N
0,10 ⋅10−3 kg ⋅ 9,8 ⋅ 0, 060m
U
mgd
kg
mg = q ⋅
⇒ U =
=
= 15 kV
−9
d
q
4, 0 ⋅10 C
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