¨Ubungen zur Experimentalphysik II Aufgabenblatt 2

KW 19/2015
Prof. Dr. R. Reifarth, Dr. J. Glorius
Übungen zur Experimentalphysik II
Aufgabenblatt 2
Aufgabe 1:
Betrachten Sie einen Plattenkondensator mit einer Kapazität von C = 2 µF. Welche Fläche A
hat der Kondensator, wenn der Plattenabstand d = 1 mm beträgt? Wie groß sind Gesamtladung
Qges und gespeicherte Energie Wges , wenn 5 dieser Kondensatoren parallel geschaltet sind und ein
Spannung U = 200 V anliegt?
Aufgabe 2:
Ein Plattenkondensator wird auf die Spannung U0 aufgeladen und dann
vom Netzgerät getrennt. Wenn der Zwischenraum zur Hälfte des Plattenabstandes mit einer Kunststoffplatte ausgefüllt wird, sinkt die Spannung
auf 2/3 ihres Wertes (Abb. 1 a). Wie groß ist die Dielektrizitätskonstante
des Materials? Wie weit sinkt die Spannung, wenn eine doppelt so dicke Abbildung 1: HilfePlatte des gleichen Materials die halbe Fläche bedeckt (Abb. 1 b)?
stellung zu Aufgabe 2.
Aufgabe 3:
Ein Kugelkondensator besteht aus zwei konzentrischen Kugelschalen. Die Schalen haben jeweils
Radius R1 bzw. R2 > R1 und Ladung q1 bzw. q2 . Bestimmen sie mit Hilfe des Gaußschen Satzes
das elektrische Feld in den Bereichen r < R1 und R1 < r < R2 sowie r > R2 . Wie muss das
Verhältnis der Ladungen qq21 und dessen Vorzeichen sein, damit das elektrische Feld für r > R2
verschwindet.
Aufgabe 4:
Ein Koaxialkabel besteht aus einem Draht mit Radius Ri umgeben von einem leitenden Hohlzylinder mit Radius Ra . Wenn für die Länge L des Kabels gilt L Ra , gilt für das elektrisches
Feld zwischen Draht und Zylinder E(r) = 2πλ0 r . Sei nun der Radius Ra = 1 cm und die kritische
kV
Feldstärke Ek (Ri ) = 3.3 mm
gegeben. Ek stellt die maximale Feldstärke dar, die am Draht erreicht
werden kann bevor das Kabel durchschlägt. Wie muss der Radius des Drahtes Ri gewählt werden,
damit die kritische Potentialdifferenz Uk zwischen Zylinder und Draht maximal wird?
Hinweis: Berechnen Sie zunächst Uk über die kritische Ladungsdichte λk . Bestimmen sie nun den
Maximalwert von Uk (Ri ).