Serie 4

Übungen zur Experimentalphysik I
Dr. R. Mitdank, Dr. O. Chiatti, C. Grosse, D. Kojda
Aufgaben zur 4. Übung am 16./17.05.13
Dielektrika und Metalle im elektrischen Feld
13. Dielektrika im elektrischen Feld
Ein Plattenkondensator (Plattengröße A = 5 cm2, Plattenabstand d = 1mm) ist mit Glimmer
(εr = 7) ausgefüllt. Er wird auf eine Spannung von U = 500 V aufgeladen. Man berechne
a) die Feldstärke E und die Flussdichte D im Kondensatorraum,
b) die Ladung auf den Kondensatorplatten,
c) die Energiedichte und die Energie des elektrischen Feldes im Kondensator.
d) Wie groß ist die Polarisation P des im Plattenkondensator befindlichen Dielektrikums und die
infolge der Polarisation auf dem Dielektrikum entstandene Oberflächenladung?
14. Dipolmoment von H2O
Ein Wassermolekül habe sein Sauerstoffatom im Koordinatenursprung, den einen Wasserstoffkern bei x1 = 0,077 nm, y1 = 0,058 nm, den anderen bei x2 = -x1 und y2 = y1. Wie groß ist das
Dipolmoment des Wassermoleküls, wenn die Wasserstoffelektronen vollständig zum Sauerstoffatom übertragen wurden, so dass es eine Ladung von –2e besitzt?
15. Umverteilung der Ladung und Energie zwischen zwei Kondensatoren
Ein Kondensator der Kapazität C1 = 20 pF wird auf 3 kV geladen. Anschließend wird er von der
Batterie getrennt und mit einem ungeladenen Kondensator der Kapazität C2 = 50 pF verbunden
(Parallelschaltung).
1. Wie groß sind danach die Ladungen auf den Kondensatoren?
2. Wie groß ist die Energie, die zu Beginn auf C1 und am Schluss in beiden Kondensatoren
gespeichert ist? Wird beim Verbinden elektrische Energie gewonnen oder geht elektrische Energie verloren?
16. Reihen-und Parallelschaltung von Kondensatoren
Gegeben sind sechs Kondensatoren der gleichen Kapazität
Co = 1µF.
a) Leiten Sie die Beziehungen für die Reihen- und Parallelschaltung
von Kondensatoren her.
b) Welche Gesamtkapazität C hat die angegebene Schaltung (siehe
rechts)?