Teil 4, 4. Übungsstunde

Übungen Physik, FF2
WS 2014/15
Teil 4, 4. Übungsstunde
4.1. Auf den Platten eines Kondensators mit der Kapazität C = 30 µF sitzt die Ladung Q = ±15 mC.
a) Wie groß ist die Spannung, die am Kondensator entsteht?
b) Die negative Platte hat das Potential 20V. Wie groß ist das Potential der positiven Platte?
c) Wir transportieren nun +15 µC von der negativen Platte zur positiven Platte. Wie groß ist dann die
Ladung auf beiden Platten? Wie viel Energie braucht oder bekommt man bei diesem Ladungstransport?
4.2. An einen Plattenkondensator mit der Plattenfläche A = 0, 5 m2 und dem Plattenabstand d = 4 mm im
Vakuum wird die Spannung U = 400 V angelegt.
a) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators, die Ladung auf den Platten und das elektrische Feld im
Kondensator?
b) Wie ändert sich die Kapazität, wenn der Kondensator mit Wasser (r = 81) gefüllt wird aber an die
Spannungsversorgung angeschlossen bleibt? Was passiert mit den Ladungen am Kondensator?
4.3. Zwei Widerstände (R1 = 20 Ω, R2 = 60 Ω) sind in Serie geschaltet. Sie werden von einem Strom I = 5 A
durchflossen.
a) Berechnen Sie die Gesamtspannung und die beiden Teilspannungen!
b) Das Potential des positiven Pols der Spannungsquelle beträgt U+ = 500 V. Wie hoch ist das Potential
des negativen Pols U− ? Stellen Sie den Potentialverlauf durch beide Widerstände graphisch dar!
4.4. Zwei Widerstände (R1 = 20 Ω, R2 = 80 Ω) sind parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen. Durch
den Widerstand R1 fließt der Strom I1 = 2, 6 A.
a) Berechnen Sie die Stromstärke I2 und den Gesamtstrom!
b) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand und die anliegende Spannung!
4.5. Das Potential des negativen Pols der Stromquelle (kurzer Strich, X) in
der Abbildung beträgt Ux = 50V und die Spannung der Stromquelle ist
U = 20V. Die Widerstände sind R1 = 20 Ω, RA = RB = 200 Ω und
RC = 400 Ω.
a) Berechnen Sie die Teilspannungen U1 , U2 !
b) Wie hoch ist das Potential des Punktes Y?
c) Bestimmen Sie die Stromstärke durch R1 und RA !
4.6. In der Abbildung sind alle Widerstände gleich groß. Die Kapazität (durch
zwei parallele gleich große Striche dargestellt) beträgt 5 µF. Die Spannung
der Stromquelle beträgt 33V.
a) Bestimmen Sie den Gesamtwiderstand (ohne Kapazität)!
b) Berechnen Sie die drei Teilspannungen!
c) Berechnen Sie den gesamten Strom und die Ströme durch die einzelnen
Widerstände!
d) Wie groß ist die Ladung, die auf den Platten des Kondensators
sitzt (der Kondensator hat die gleiche Spannung wie der parallel dazu
geschaltete Widerstand)?
4.7. Ein Lift (Personenaufzug) eines Hochhauses arbeitet bei 380 V. Er transportiert 1500 kg mit einer Geschwindigkeit von v = 4 m/s nach oben.
a) Berechnen sie seine Leistung!
b) Wie groß sind die Stromstärke und der Widerstand des Liftes?
c) Wie viel kWh werden verbraucht, wenn der Transport 1 Minute dauert?
d) Wie viel Coulomb laufen dabei durch die Maschine?
4.8. Auf einer Glühlampe steht zu lesen: 230 V, 60 W.
a) Welche physikalischen Größen werden durch diese Zahlen beschrieben?
b) Berechnen Sie die Stromstärke und den Widerstand der Glühlampe!
c) Wie viel Energie (Joule und kWh) wird verbraucht, wenn die Glühlampe 24 Stunden brennt“?
”
d) Wie lange dauert es, bis die Ladung 1 C durch die Lampe geht?
2
C
ε0 = 8, 854 · 10−12 Jm
2,
1
4πε0
2
≈ 1010 Jm
C2 ,
Qe = −1, 6 · 10−19 C,
Ckond =
ε0 A
d ,
Ekond =
Q
ε0 A