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BE LK2 Physik2 2. Schulaufgabe 11. 01. 2007 1. EPCOS beendet „UltraCap”-Aktivitäten - wir rechnen trotzdem damit! Der Bauelementehersteller EPCOS lobte noch vor zwei Jahren stolz seine Elektrolytkondensatoren vom Typ „UltraCap“ als „Highlight“ seiner Produktpalette. 8 Der stärkste hat ein Energiespeichervermögen von 15,625 kJ bei einer maximalen Spannung von nur 2,5V und einem Kondensatorvolumen von 0,93dm3. Bei diesem Typ werden zwei extrem dünne Lagen Kohlenstoffvlies mit Elektrolytflüssigkeit als Dielektrikum (geschätzter Wert r = 5) getränkt und aufgewickelt. Dadurch erreicht man eine extreme große effektive Kondensatorplattenfläche A und einen sehr kleinen Plattenabstand d. Zeigen Sie zunächst, dass der Kondensator die gigantische Kapazität von 5000Farad hat und berechnen Sie dann aus den angegebenen Daten die Fläche A sowie den Abstand d! Wundern Sie sich nicht über extreme Werte!. 2. Elektrische Luftfilter erreichen bei Rauch- und Staubteilchen mit Korngrößen (Durchmesser) von 0,01m bis 60m einen Reinigungsgrad von bis zu 99%. Dabei strömt die verschmutzte Luft zunächst durch ein Gitter mit Hochspannungsdrähten, an denen die Schmutzteilchen geladen werden. Anschließend werden die geladenen Teilchen in einem Kondensator abgelenkt. Es folgt eine Modellrechnung für kleine Rauchteilchen, wie sie beispielsweise in Zigarettenrauch vorkommen: 12/1 5 4 a) Geben Sie alle an dem Rauchteilchen R angreifenden Kräfte an! ( Formeln und Richtungen! ) keines der Rauchteilchen mehr rechts rauskommt? 3. Eine „Elektronensortiermaschine“ Eine Elektronenquelle liefert Elektronen unterschiedlicher Anfangsgeschwindigkeiten vo = 0 ms1 bis vomax = 1,83 °10 7 ms1 . Die Elektronen durchlaufen zunächst die Beschleunigungsspannung UB = 182,2 V und treten durch eine kleine Öffnung in den luftleeren Raum zwischen der Anode A und dem Fluoreszenzschirm F. a) Ist die Spannung UA = 0, so treffen die Elektronen den Fluoreszenzschirm F im Punkt M. Berechnen Sie für diesen Fall die P1 Elektronenquelle R 4 -U A + M - + - UB A (Anode) F P2 Auftreffgeschwindigkeiten der langsamsten und der schnellsten Elektronen. [ Ergebnisse: 8,0 ° 106 ms-1 und 2,0 ° 107 ms-1 ] b) Zeigen Sie durch Rechnung, dass hier die l = 10,0 cm wird jetzt die Spannung UA = 200,0 V angelegt. + Gewichtskraft gegenüber der elektrischen Kraft vernachlässigbar ist! konstanten vertikalen Geschwindigkeit der Rauchteilchen rechnen und welche Bahn (qualitativ) beschreibt ein Rauchteilchen demzufolge in dem luftgefüllten Kondensator? Begründen Sie die Antwort! d) Berechnen Sie die vertikale Komponente vy ("Sinkgeschwindigkeit") der 6 y vo V0 6 b) An die Platten P1 und P2 mit dem Abstand d = 8,0 cm und der Länge c) Warum kann man bei dieser Anordnung in guter Näherung mit einer 6 BE e) Welche Länge l lang muss der Kondensator mindestens haben, damit 8 °10 Luft mit geladenen Rauchteilchen (Radius r = 1, 0 m, Ladung q = 2e 3 und Dichte = 0, 5 gcm ) wird mit der Geschwindigkeit vo = 1, 90 ms1 durch einen Kondensator mit der Spannung U = 32,0 kV und dem Plattenabstand d = 10,0 cm geblasen. Jahrgang 2006/2008 Geschwindigkeit der Rauchteilchen im Kondensator! ( Stokesscher Reibungskoeffizient: Luft = 1,81 °10 5 kgm1 s1 ) i) Welche Bahnen beschreiben die Elektronen von A nach F? ii) Bestimmen Sie die Auftreffpunkte der langsamsten und der schnellsten Elektronen auf dem Schirm F in Bezug auf M sowie die Auftreffgeschwindigkeit v der schnellsten Elektronen! 1 10 4. Faradays Konstante oder „wie schnell fließen Elektronen“? 3 . 7 . a) Wie hängt die Faraday-Konstante F = 9,6485 10 C kmol-1 mit der Hypothese über die Existenz einer Elementarladung e zusammen? welcher durchschnittlichen Geschwindigkeit bewegen sich 7 Elektronen in einem Silberdraht (ein freies Elektron pro Atom) mit 1,0 --- b) Mit Viel Erfolg! G. Raba 60 mm2 Querschnittsfläche, der von einem Strom der Stärke 1,0 A durchflossen wird?
