Grundaufgaben

Grundaufgaben
elektrisches und magnetisches Feld
Coulomb’sches Gesetz
Zwischen zwei negativen Punktladungen im Vakuum (Q1 = 10-3C ; Q2 = 10-10C) wirkt eine
elektrische Anziehungskraft mit der Stärke 8,99 N.
a) In welchem Abstand befinden sich die beiden Punktladungen?
b) Berechnen Sie die Anzahl der Elektronen, die auf Q2 vorhanden sind!
Feldstärke / Flussdichte
Ein Plattenkondensator hat eine Spannung von 5 kV bei einem Plattenabstand von 10 cm
und einer Plattengröße von je 420 cm². Zwischen den Platten befindet sich nichts.
Berechnen Sie die elektrische Feldstärke E zwischen den Kondensatorplatten!
Eine Spule mit 10 cm Länge, 4 cm2 Querschnittsfläche und 1500 Windungen wird bei 12 Volt
angelegter Spannung von 545 Milliampere elektrischem Strom durchflossen. Vergleichen Sie
die Flussdichte des Magnetfeldes in ihrem Inneren mit der Flussdichte in der Nähe eines
Dauermagneten, welche 10-2T beträgt!
Wie viel elektrischer Strom müsste durch einen einfachen geraden Leiter fließen, damit
dieser in 1 cm Abstand dieselbe magnetische Flussdichte erzeugt wie die Spule aus dem
Beispiel zuvor?
Kräfte im Feld
Auf welche Geschwindigkeit kommt ein Elektron, wenn es in einem elektrischen Feld eine
Beschleunigungsspannung von 220 V durchläuft?
Welche Kraft wirkt auf einen vom Strom I = 5 A durchflossenen Leiter, wenn sich dieser auf
einer Länge von 10 cm in einem Magnetfeld der Stärke 10-2T befindet?
Welche Kraft wirkt auf Elektron, wenn sich dieses mit 1000 km/h senkrecht in ein
Magnetfeld der Stärke 10-2T hineinbewegt? Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn, die
das Elektron durchlaufen würde!
Erklären Sie
Eigenschaften der Felder / Teilchenbeschleuniger und Detektoren / Induktionsvorgänge
Lösungen der Grundaufgaben
elektrisches und magnetisches Feld
Coulomb’sches Gesetz
FC 
n
1 Q1  Q2
1 Q1  Q2
10 3 C  10 10 C


r



 0,009999m
As
4πε0
4πε0
FC
r2
4π  8,854  10 12 Vm
 8,99N
Q2
1010 C

 6,2  108
19
e 1,602  10 C
Feldstärke / Flussdichte
Die Kapazität ist zwar nicht
gefragt, aber wer weiß …
A
As 0,042m2
 8,854  10 12

 3,71  10 12 F
d
Vm 0,1m
U 5000V
V
E 
 50000
d 0,1m
m
C  0 
BS   0 
IN
 1,257  10 6
Vs 0,545A  1500

 0,0103T
Am
0,1m
Das Magnetfeld des
Dauermagneten ist ungefähr
gleich stark (oder ca. 3%
schwächer).
BD
0,01T

 0,973
BS 0,0103T
BS   0 
B  2r 0,0103T  2  0,01m
I
 I S

 514A
2r
0
6 Vs
1,257  10
Am
Selbst gefundene Druckfehler
bitte bis zum Abschlussball
aufheben und dort an der Bar
einlösen …
Kräfte im Feld
W  Q  U  1,602  1019 C  220V  3,5244  10 17 J
Ekin  m v 2  v 
2
2Ekin

m
W
 Ekin 
2  3,5244  1017 J
 8,8  106 m  2,9%  c
s
9,1 1031kg
FL  I   B  5A  0,1m  102 T  0,005N
FL  Q  v  B  1,602  1019 C  277,78 m  102 T  4,45  10 19 N
s
2
2
 277,78  10 s   15,8cm
 m  v  r  m  v  9,1 1031kg 
r
F
4,45  1019 N
3 m 2
Frad
FL
 Frad 
Als Q und
m werden
hier die
Ladung
und die
Masse
eines
Elektrons
benötigt.
Siehe
Tafelwerk!