Teil 4, 5. Übungsstunde

Übungen Physik, FF2
SS 2015
Teil 4, 5. Übungsstunde
4.5.1. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 4 g trägt die Ladung Q = −5 mC. Sie wird in einem Punkt des homogenen Feldes E = 100
N/C losgelassen und durch das Feld beschleunigt.
In welche Richtung bewegt sich die Masse und welche Geschwindigkeit erreicht sie nach 3 Metern?
4.5.2. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 5 g mit der Ladung Q = +2 mC wird mit der Geschwindigkeit v = 4 m/s gegen ein
homogenes Feld E = 150 N/C geschossen. Wie weit kommt sie?
4.5.3. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 2 g mit der Ladung Q = +5 mC wird in einem Punkt mit dem Potential 100V mit
v = 10 m/s gegen ein homogenen Feld geschossen. Welche Spannung kann sie durchfliegen und bei welchem
Potential kehrt sie um?
4.5.4. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 2 g mit der Ladung Q = +3 mC wird in einem Punkt mit dem Potential 70 V losgelassen
und vom Feld E beschleunigt.
In welche Richtung bewegt sich die Masse und welche Geschwindigkeit erreicht sie nach dem Durchfliegen
einer Spannungsdifferenz von |∆U | = 20 V? Herrscht dort das Potential 90 V oder 50 V?
4.5.5. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Ein Elektron wird in einem Punkt mit dem Potential 100V mit v = 1000 m/s in die Feldrichtung eines
homogenen Feldes geschossen.
Welche Spannung kann es durchfliegen? Bei welchem Potential kehrt es um? Wie groß ist die kinetische Energie, die es bis zur Umkehr gewinnt oder absorbiert? (Geben Sie die Antwort in Joule und in
Elektronenvolt!)
4.5.6. Eine Punktladung mit Q = +10 µC erzeugt ein elektrisches Feld.
a) Skizzieren Sie die Feldlinien!
b) Berechnen Sie die Spannung (= Potentialdifferenz) zwischen zwei Punkten X und Y mit den Abständen
rX = 0, 6 m und rY = 1, 5 m.
c) Wie viel Arbeit wird zum Transport der Probeladung ∆Q = 0, 1 µC von X nach Y absorbiert oder frei?
4.5.7. Auf den Platten eines Kondensators mit der Kapazität C = 30 µF sitzt die Ladung Q = ±15 mC.
a) Wie groß ist die Spannung, die am Kondensator entsteht?
b) Die negative Platte hat das Potential U− = 20 V. Wie groß ist das Potential U+ der positiven Platte?
c) Wir transportieren nun ∆Q = +15 µC von der negativen zur positiven Platte. Wie groß ist dann die
Ladung auf beiden Platten? Wie viel Energie braucht oder bekommt man bei diesem Ladungstransport?
4.5.8. An einen Plattenkondensator mit der Plattenfläche A = 0, 5 m2 und dem Plattenabstand d = 4 mm im
Vakuum wird die Spannung U = 400 V angelegt.
a) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators, die Ladung auf den Platten und das elektrische Feld im
Kondensator?
b) Wie ändert sich die Kapazität, wenn der Kondensator mit Wasser (r = 81) gefüllt wird aber an die
Spannungsversorgung angeschlossen bleibt? Was passiert mit den Ladungen am Kondensator?
4.5.9. a) In einem Draht fließt 4 Minuten lang ein elektrischer Strom von 2,5 A. Wie groß ist die Ladung, die
dabei durch den Leiter fließt? Wie viele Elektronen sind das?
b) Ein Strom I fließt durch einen Widerstand R. Ist das Potential im Punkt A oder B
höher? Wie groß ist die Potentialdifferenz? Wie ist die Richtung des Stromes definiert?
4.5.10. a) Wie groß ist der Widerstand eines Bügeleisens, in dem die Stromstärke 4 A und die Spannung 230 V
betragen?
b) Bei welcher Spannung würde die Stromstärke im Bügeleisen nur 1 A betragen (R ist konstant)?
c) Berechnen Sie die Stromstärke, wenn die Pole einer Taschenlampenbatterie (U = 4, 5 V) durch einen
Leiter mit dem Widerstand von 1000 Ω verbunden werden!
2
C
ε0 = 8, 854·10−12 Jm
2,
1
4πε0
2
≈ 1010 Jm
C2 ,
Qe = −1, 6·10−19 C,
Ckond =
ε0 A
d ,
Ekond =
Q
ε0 A ,
Ukond =
Q·d
ε0 A