Übungen zu Experimentalphysik II (Prof. Dr. R. Menzel)

Universität Potsdam
Institut für Physik
Übung 6
SS 2000
Übungen zu Experimentalphysik II (Prof. Dr. R. Menzel)
Schwerpunkte: Coulombsches Gesetz, elektrisches Feld, Kapazität
1P)
Zwei Punktladungen, Q1 = 6,0•10-8 C und Q2, befinden sich auf der x-Achse bei x1 = 0
und x2 = 3 cm. Eine dritte Punktladung Q3 hat von der Ladung Q1 und Q2 den gleichen
Abstand r = 2,5 cm. Wie groß ist die auf die Ladung Q3 = 5,0•10-8 C wirkende Kraft,
wenn a) Q1 = - Q2 und b) Q1 = Q2
2P)
Zwei kleine Kugeln, die beide die gleiche Masse m = 1,0 g besitzen, sind an einem
Seidenfaden der Länge l = 30 cm im gleichen Punkt aufgehängt. Beide tragen die
gleiche positive Ladung Q, Ihre Mittelpunkte haben infolge der abstoßenden
Coulombkraftwirkung den Abstand d = 1,0 cm. Berechnen Sie die Ladung Q.
3P)
Der auf die Spannung Uo aufgeladenen Kondensator der Kapazität C = 10 µF wird
über ein Widerstand R = 1,0 M Οhm entladen. Welche Zeit dauert es, bis die
Kondensatorspannung auf die Hälfte abgesunken ist.
4P)
Bestimmen Sie für den in der Skizze gezeigten Fall a) die elektrische Feldstärke E am
Punkt P, b) die Kraft auf einer Punktladung von Q = -4•10-8 C, und c) in welcher
Region ist E = 0.
5 cm
5 cm
Q1 = +20•10-8 C
P
Q2 = -5•10-8 C
5P)
Zwei (sehr große) Metallplatten, A und B, stehen parallel im Abstand von 2 cm und
sind an einer 120 V Batterie angeschlossen, wobei Metallplatte A positiv geladen ist.
Bestimmen Sie a) die Feldstärke zwischen den Platten, b) die Kraft auf ein Elektron
zwischen den Platten, c) der Verlust im elektrischen Potential durch die Bewegung des
Elektrons von Platte B nach A, und d) die Geschwindigkeit des Elektrons kurz vor
dem Aufprall auf Platte A.
6P)
Ein Luftkondensator hat den Plattenabstand d = 10 mm und die Kapazität Co = 10 pF.
Zwischen den Kondensatorplatten schiebt man parallel zu diesen eine genügend große
Porzellanplatte (Dielektrizitätszahl εr = 6, Dicke a = 4 mm) ein. Welche Kapazität hat
er nun ?
(P: Pflichtaufgabe - Klausurbedingung, Z: Zusatzaufgabe - in jedem Fall zur Übung
vorzubereiten)