Ladungen und elektrisches Feld Physik–Sp 1) Welche Ladung ist durch den Leiterquerschnitt geflossen, wenn eine konstante Stromstärke I = 1, 8 mA 5 min und 12 s lang gemessen wird? 2) Eine Batterie kann eine Ladung von 88 Ah abgeben. Wie lange kann man ihr einen Strom von 0, 5 A entnehmen? 3) Berechnen Sie die elektrische Feldstärke an einem Ort, an dem auf einen Körper mit einer Ladung Q = 26 nC die Kraft F = 37 µN wirkt. 4) Berechnen Sie die Kraft, die ein Körper mit einer Ladung Q = 78 nC in einem Feldpunkt der Feldstärke E = 810 kN erfährt. C 5) Die Feldlinien eines Plattenkondensators verlaufen vertikal von unten nach oben. Ein im Plattenraum eingebrachtes positiv geladenes Öltröpfchen, dessen Masse m = 4, 7 · 10−10 kg ist, schwebt gerade. Messungen ergeben eine Feldstärke E = 7, 2 GN . C Berechnen Sie die Ladung des Öltröpfchens. sei senkrecht zur Erdoberfläche nach unten gerichtet. 6) Ein elektrisches Feld der Stärke 180 N C Vergleichen Sie die nach oben gerichtete elektrostatische Kraft auf eine Elektron (q = 1, 6 · 10−19 C, m = 9, 1 · 10−31 kg) mit der nach unten gerichteten Gravitationskraft (g = 9, 81 sm2 ). Wie stark müsste eine 3 g schwere Münze geladen sein, damit die durch dieses Feld bewirkte elektrostatische Kraft die Gravitationskraft ausgleicht? 7) Begründen Sie: Das Innere eines hohlen Metallkörpers enthält im elektrostatischen Gleichgewicht weder ein elektrisches Feld noch überschüssige Ladungen. 8) Eine Pendelkugel ist mit einer Ladung Q = 52 nC geladen und hat die Masse m = 0, 40 g. Sie hängt an einem Faden der Länge l = 1, 80 m in einem horizontal gerichteten homogenen elektrischen Feld. Durch die Kraft des Feldes wird sie um d = 15 mm ausgelenkt. Wie groß ist die Feldstärke E des homogenen Feldes? α l Tipp: Wegen der geringen Auslenkung ist die Rückstellkraft des Pendels quasi parallel zum elektrischen Feld. d FR α Fg Ladungen und elektrisches Feld Physik–Sp Lösungen 1) Q = I · t = 1, 8 mA · 312 s = 561, 6 mC 2) Q = 88 Ah= 316 800 C; 3) E = t= Q = 633 600 s = 176 h I kN F = 1, 4 Q C 4) F = Q E = 63 mN 5) Fg = Fel ⇒ mg = QE 6) Fel = 2, 88 · 10−17 N; Fg = Fel ⇒ ⇒ Q= mg = 6, 4 · 10−19 C E Fg = 8, 936 · 10−30 N; mg = QE ⇒ Q= Fel = 3, 2 · 1012 Fg mg = 163, 5 µC E 7) chisum 8) Rückstellkraft FR = Fg · sin α = m g sin α Auslenkung d = l · sin α FR ||Fel ⇒ ⇒ mgd = qE l sin α = ⇒ E= d = 0, 47◦ l mgd ql ⇒ FR = = 628, 85 mgd = 3, 27 · 10−5 N l α l N C d FR α Fg