Physik J1 Klausur 2b Elektrische und magnetische Felder Aufgabe 1 Die Ladung 1 ist negativ und der Wattebausch mit der Ladung q positiv geladen. a) Wie sind die Ladungen 2 und 3 geladen und woran lässt sich dies erkennen? b) In welche Richtung Wattebausch eine Kraft? erfährt 15.5.2012 q der Aufgabe 2 Mit Papier und Alufolie lässt sich ein Kondensator bauen. Die „Platte“ aus einer Alufolie hat die Länge 30 cm und die Breite 15 cm. Das Papier mit r 1 ist 2 mm dick und füllt den gesamten Raum zwischen den Alufolien aus. Zunächst werden die Papier- und Aluschichten eben übereinander gelegt. Der Kondensator wird an 100 V aufgeladen. a) Zeige durch eine Rechnung, dass die Kapazität ca. 200 pF beträgt und berechne die Ladung des Kondensators. b) Bestimme die elektrische Feldstärke sowie die im Kondensator gespeicherte Energie. c) Das Papier kann mit einer Flüssigkeit getränkt werden, so dass sich die Dielektrizitätszahl erhöht: r 3 . Bei welcher Spannung könnte der Kondensator nun die gleiche Ladungsmenge wie in a) aufnehmen? d) Der Kondensator wird nun – wie im Praktikum – aufgewickelt. Erkläre warum sich die Kapazität verdoppelt, wenn sonst alle Werte gleich bleiben. Aufgabe 3 Ein Spulenrähmchen mit n = 100 Wicklungen hängt im Magnetfeld einer Spule. Durch das Rähmchen fließt der Strom I = 0,5 A. Der Strom fließt im unteren Teil von links nach rechts. (Pfeil!) Das Rähmchen hat die Breite b = 5 cm. a) Erkläre, warum der Federkraftmesser eine Kraft anzeigt. b) In welcher Richtung fließt der Strom im Rähmchen? Erkläre hierzu die Dreifingerregel. c) Die magnetische Flussdichte beträgt 10 mT. Berechne die Kraft auf das Rähmchen. Warum muss man die Seiten des Rähmchens nicht Berücksichtigen? d) Welche Stromstärke müsste fließen, damit der Federkraftmesser 40 mN anzeigt? Aufgabe 4 In den unendlichen Weiten des Weltalls B wurden vom Raumschiff Enterprise eine neue Teilchenart entdeckt: Die Tachionen. Ihre Ladung beträgt e 1,6 10 19 C . Die UA Masse beträgt 3,0 10 31 kg. a) Mit Hilfe der Spannung U A werden die UH Tachionen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Zeige durch Rechnung, dass Elektronen mit einer Spannung von 200 V auf die Geschwindigkeit v 14,6 10 6 m gebracht werden können. s b) Die Tachionen treten nun in ein Magnetfeld ein. Dort beschreiben sie eine Kreisförmige Flugbahn. Warum? c) Das B – Feld der Stärke 0,4 mT wird in einer schlanken Spule (n = 8000; l = 0,5 m und r 1 ) erzeugt. Welche Stromstärke ist dafür nötig? d) Die Masse der Tachionen soll bestimmt werden. Es gilt: e v . Welchen Radius hat m Br die Flugbahn? Konstanten: 0 8,85 10 12 C V m 0 1,26 10 6 Tm A Elektronen- bzw. Tachionenladung: e 1,6 10 19 C Viel Erfolg!