Physik für Biologen WS 02/03 - Nachklausur -

Physik für Biologen WS 03/04 - Nachklausur 23. April 2004
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Die Wertung
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
Summe
mindest
Punkte Ergebnis Hilfsmittel
4
Formelsammlungen, eigene Aufzeichnungen.
4
6
Bestehen
2
Sie benötigen 14 Punkte zum Bestehen der Klausur.
6
4
4
12
JA
NEIN
42
bestanden
14
Hilfmittel: Formelsammlungen, eigener Formelaufschrieb
Aufgaben
1)
(4 Punkte) ideales Gas
In einer Luftblase sind ein Mol Luftmoleküle eingeschlossen. Sie entweichen aus einem
Behälter in 35 m Wassertiefe bei einer Temperatur von 6°C. Der Luftdruck entspricht dem
Normaldruck.
a) Welches Volumen nimmt diese Blase im Wasser ein?
b) Welches Volumen nimmt sie in der Umgebungsluft bei 25°C ein?
2)
(4 Punkte) Harmonischer Oszillator
Ein harmonischer linearer Oszillator (Masse m=1g an Feder mit Federkonstante D waagerecht
im Schwerefeld) hat eine Frequenz f = 5.033 Hz. Er startet bei t=0s bei einer Auslenkung von
0.5cm mit einer Geschwindigkeit 140 cm/s. Welches ist seine Gesamtenergie?
3)
(6 Punkte) Osmose
Ein Baum von 10m Höhe hat im Kronenbereich eine eine Ionenkonzentration von cm,K =0.365
mol/l und im Wurzelbereich eine Ionenkonzentration von cm,W =0.3 mol/l.
a) Wie groß ist der osmotische Druck im Wurzel und Kronenbereich gegenüber
reinem Wasser?
b) Wie große ist der Gesamtdruck (Wasserpotential) in der Krone?
c) Wie hoch kann der Baum bei den angegebenen Konzentrationen maximal
wachsen?
4)
(2 Punkte) Brechungsgesetz
Glas (n=1.46) und Wasser (n=1.33) grenzen aneinander.
a) Welches ist der Winkel der Totalreflexion?
b) Bei welchem Einfallswinkel steht der gebrochene Strahl senkrecht auf dem
reflektierten Strahl? (Brewster Winkel)
5)
(6 Punkte) elektrische Feld, Energie
Ein langkettiges Alkan-Molekül CH3-(CH2)300- CH3 (Masse mC = 1,66×10-27 kg,
Masse mH = 1/12 mC ) trägt die dreifache Elektronenladung (e = 1,602×10-19 C) und wird ein
einem elektrischen Feld von 100V/cm über die Strecke von 1mm beschleunigt.
a) Welche kinetische Energie hat es nun?
b) Wie groß ist seine Geschwindigkeit?
c) Wie genau muss man Geschwindigkeiten messen können, um eine Masseänderung
von einer CH2-Gruppe sicher erkennen zu können?
6)
(4 Punkte) Kondensator, Energie
Ein Kondensator für einen Audio-Booster hat eine Kapazität von 1F und eine
Betriebsspannung von 20 V bei einem Innenwiderstand von 25 mΩ
Wie groß ist die maximal in ihm gespeicherte Energie?
Ein typische nachladbarer Akku hat eine Kapazität von 1500 mAh bei einer Betriebsspannung
von 1.5 V.
a) Wie groß ist die in ihm gespeicherte Energie? (Könnte man ein Auto damit
bewegen?)
b) Warum ist der Kondensator für den Booster der Batterie überlegen?
7)
(4 Punkte) Rohrströmung
Zwei parallel laufende Rohre mit Durchmesser  und Länge L1 werden durch ein Rohr mit
Durchmesser aber der Länge L2L1 ersetzt. Wie muss der Druck p2 im Verhältnis
zu p1 einreguliert werden, damit sich der gleiche Volumenstrom wie zuvor einstellt?
8)
(12 Punkte) Ein kugelförmiges Teilchen mit Radius R und Masse m ist elektrisch
geladen mit der Ladung q. Es befindet sich in einer unpolaren Flüssigkeit (keine Dipole, keine
Ladungen) der Viskosität η. Durch äußere Elektroden ist ein elektrisches Feld senkrecht zur
Flüssigkeitsoberfläche angelegt. (Spannung U über einen Abstand d).
a) Welche Kräfte wirken auf das Teilchen?
b) Unter welchen Bedingungen kann das Teilchen schweben?
c) Welche Geschwindigkeit hat es, wenn es nicht ruht?