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Übung zur Vorlesung PNII
“Physik für Chemiker”
Sommersemester 2008
Evelyn Plötz und Thomas Schmierer, Department für Physik, LMU München
4. Übung (Besprechungstermine 12./16.05.2008)
Aufgabe 10: Der Plattenkondensator und seine Geometrie
Die quadratischen Platten eines Plattenkondensators haben eine Kantenlänge von 10 cm und
einen Abstand von 1 mm. Dazwischen befinde sich ein dielektrisches Medium mit r = 1.
1. Wie groß ist seine Kapazität C?
2. Wie ändern sich C, wenn:
a) sich der Abstand erhöht, b) die Fläche rechteckig (5 x 20 cm2 ) ist?
3. Wie ändert sich C, wenn man den Plattenkondensator mit Wasser (r ≈ 80) füllt? Wie
ändert sich C, wenn zusätzlich die Temperatur erhöht wird? Und warum?
Aufgabe 11: Der Kondensator und das Fahrrad
1. Spezielle Kondensatoren am Fahrradrücklicht (als Energiespeicher für Standlicht) besitzen
eine Kapazität C = 1 F. An eben jenem Kondensator wird durch den Fahrraddynamo
eine Spannung von U = 6 V erzeugt. Wieviel elektrische Energie ist im Kondensator
gespeichert?
2. Der nun geladene Kondensator betreibt eine LED mit einer mittleren Leistung P = 0,6 W.
Gehen Sie davon aus, dass die gesamte Entladung mit dieser mittleren Leistung abläuft.
Wie lange leuchtet die LED nach Abschalten des Dynamos?
3. Die Potentialdifferenz U zwischen den zwei Platten eines Kondensators betrage U0 (der
Kondensator ist also nicht mit einer Spannungsquelle verbunden). Nun wird der Abstand
zwischen den beiden Platten verdoppelt, wie ändern sich Kapazität C und Spannung U ?
Wie wirken sich diese Änderungen auf die im Kondensator gespeicherte Energie E und
die Ladung Q auf den Platten aus?
4. Die Zeitkonstante τ = R·C zur Entladung eines Kondensators betrage ohne Dielektrikum
2 min. Mit einem Dielektrikum zwischen den beiden Platten erhöht sie sich auf beachtliche
160 min. Wie groß ist die Konstante r der betrachteten Substanz und um welche Substanz
könnte es sich handeln?
Aufgabe 12: Magnetische Feldlinien
Magnetfelder werden durch sogenannte magnetische Feldlinien beschrieben.
1. Skizzieren Sie die Feldlinienbilder für einen stromdurchflossenen Leiter in Form eines
a) langen Drahtes, b) eines Rings, c) einer Spule.
2. Wie ändern sich die Bilder, wenn sich der Betrag des Stroms oder sein Vorzeichen ändert?
3. Durch zwei Spulen (µr = 1) fließe ein Strom von I = 5 mA. Die erste Spule ist 10 cm
lang und hat 50 Windungen. Die zweite Spule ist 15 cm lang und hat 75 Windungen. Wie
groß ist das Magnetfeld innerhalb der Spulen?
Aufgabe 13*: Magnetfeld am Kern des Wasserstoffatoms
Basierend auf dem Bohrschen Atommodell soll das von der Kreisbewegung der Elektronen am
Ort des Kerns (Wasserstoffatom) erzeugte Magnetfeld näher betrachtet werden. Im Grundzustand bewege sich das Elektron auf einer Kreisbahn mit dem Radius a0 = 0, 529 Å und
einer bestimmten Geschwindigkeit. Bestimmen Sie diese Geschwindigkeit durch gleichsetzen
von Coulomb- und Zentripetalkraft. Berechnen Sie den mit den Kreisbewegung verbundenen
0 ·I
Strom I (ergibt sich aus Ladung und Umlaufdauer) und das resultierende Magnetfeld B = µ2·R
am Kernort.