Teil 5, 1. Übungsstunde

Übungen Physik, FF2
SS 2015
Teil 5, 1. Übungsstunde
5.1.1. Was passiert, wenn man einen Stabmagneten, der einen Nord- und einen Südpol hat, genau in der Mitte
seiner Länge durchtrennt.
a) Beide Teile haben ihre magnetische Kraft verloren.
b) Man hat einen Nordpol und einen Südpol.
c) Man hat wieder zwei Magnete mit je einem Nordpol und einem Südpol.
5.1.2. a) Wie ist die Lorentzkraft gegeben? (beide Formeln und Erklärung)
b) Bestimmen Sie für die vier Abbildungen jeweils die gesuchten Größen!
(Das Magnetfeld ist grün, die Bewegungsrichtung gelb, positive Teilchen sind rot, negative Teilchen blau.)
Ladungsvorzeichen?
Lorentzkraft?
Lorentzkraft?
Lorentzkraft?
5.1.3. Im homogenen Feld eines Hufeisenmagneten
hängt eine Leiterschaukel, durch die ein Strom
fließen kann.
Zeichnen Sie jeweils das Magnetfeld B, die
Stromstärke I und die Lorentzkraft FL als Pfeile
ein und ergänzen Sie die Polung des Stromes bzw.
des Magneten!
5.1.4. Welcher Strom muß durch ein 50 cm langes Drahtstück fließen, damit es in einem Feld von 0,10 T die
Kraft von 100 mN erfährt, wenn I und B die Winkel
a) α = 90◦ , b) α = 60◦ , c) α = 45◦ einschließen?
5.1.5. Elektronen und Protonen werden jeweils mit der Spannung U = 1000 V beschleunigt und fliegen danach
von links kommend in ein homogenes Magnetfeld (B = 20 mT), das aus der Papierebene heraus zeigt.
a) In welche Richtung zeigt die auf die Teilchen wirkende Lorentzkraft FL ?
b) Wie verändert sich dadurch die Bahn der Teilchen?
c) Wie groß ist die Lorentzkraft FL in beiden Fällen?
5.1.6. Protonen werden in einem homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mit der Spannung
U = 20 kV beschleunigt und dann durch ein senkrecht zur Flugrichtung gerichtetes Magnetfeld mit der
Flussdichte B = 0, 2 T auf eine Kreisbahn gelenkt. Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn!
5.1.7. Elektronen werden mit der Geschwindigkeit v = const in ein Magnetfeld B = 10 T geschossen. v und B
stehen normal zu einander. Die Elektronen werden auf eine Kreisbahn mit dem Radius r = 5 m abgelenkt.
a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der Elektronen!
b) Wie groß ist die kinetische Energie der Elektronen? (Antwort in Joule und eV)
5.1.8. Eine Ladung Q = −2 C ruht im Feld. Die gestrichelte Fläche beträgt A = 0, 05 m2 .
a) Berechnen Sie die Feldstärke! (Tipp: verwenden Sie den Fluss!)
b) Bestimmen Sie Größe und Richtung der Kraft auf die Ladung im elektrischen und im
magnetischen Feld!
5.1.9. Zwei Ladungen +2 C (weiß) und −2 C (schwarz) mit dem festen Abstand d = 3 cm befinden
sich im Feld. Die gestrichelte Fläche beträgt A = 0, 05 m2 . Die Verbindungslinie zwischen
den Ladungen bildet mit dem Feld einen Winkel von β = 120◦ .
a) Wie nennt man dieses Ladungspaar?
b) Das Ladungspaar wird durch einen Vektor dargestellt. Bestimmen Sie den Vektor!
c) Welche Bewegung führt das Ladungspaar im elektrischen und im magnetischen Feld aus?
5.1.10. Die Leiterschleife (Fläche A = 200 cm2 ) mit Umlaufstrom I = 3 A befindet sich in einem
magnetischen Feld B = 4 T. Der Winkel zwischen Fläche und Feldvektor beträgt β = 120◦ .
a) Was wird durch diese Fläche mit einem Umlaufstrom gebildet?
b) Bestimmen Sie den Vektor, durch den diese Fläche mit Umlaufstrom dargestellt wird!
c) Welche Bewegung führt die Schleife im magnetischen Feld aus?
2
2
C
1
Vs
Vs
10 Jm
ε0 = 8, 854 · 10−12 Jm
µ0 = 1, 256 · 10−6 Am
≈ 4π · 10−7 Am
2,
4πε0 ≈ 10
C2 ,
|Qe | = |Qp | = 1, 6 · 10−19 C, me = 9, 1 · 10−31 kg, mp = 1, 67 · 10−27 kg