Beispielaufgaben zum Plattenkondensator - biophysik

Beispielaufgaben zum Plattenkondensator:
1. Ein Plattenkondensator mit einer Kapazität von C=10µF werde an eine Spannungsquelle
mit U=10V angeschlossen. Wie groß ist die Menge an Ladung, die dadurch auf die
Platten fließt?
Q=C⋅U

C
Q=10 µF⋅10 V =10⋅10−6 F⋅10 V =10⋅10−6 ⋅10 V =10−4 C =0,1 mC
V
2. Ein Plattenkondensator werde an einer Spannungsquelle (U=10V) aufgeladen. Danach
werden die Platten von der Spannungsquelle getrennt und der Abstand zwischen den
Platten wird verdoppelt.
Wie verändert sich dadurch die zwischen den Platten anliegende Spannung U?
Q=C⋅U =konstant (Platten sind von der Spannungsquelle getrennt: Ladungen können nicht mehr drauf oder runter!)
A
C =0⋅ r
(Wenn d verdoppelt wird halbiert sich C!)
d
C⋅U =konstant ∧C wird halbiert  U verdoppelt sich !
3. Wie groß ist die Kraft, die auf ein Elektron (Ladung Elektron: -1,6*10-19 C) wirkt, das sich
zwischen den Platten eines Plattenkondensators befindet und in welche Richtung zeigt
sie?
------------------------------------
1 cm
U=100V
+++++++++++++++++++++++++++++++
2
U 100 V 10 V
4V
4 N
Elektrische Feldstärke im Plattenkondensator E= =
= −2 =10 =10
d
1 cm 10 m
m
C
N
Kraft auf Ladung im E-Feld F =E⋅q=10 4 ⋅1,6⋅10−19 C =1,6⋅10−15 N
C
Die Kraft ist nach unten gerichtet, da eine negative Ladung im elektrischen Feld eine Kraft entgegengesetzt der Feldlinien erfährt!
4. Wie schnell wäre dieses Elektron nach einer milliardstel Sekunde, wenn es mit
niemandem Zusammenstoßen würde? (Masse Elektron=9*10-31 kg)
−15
F 1,6⋅10 N
15 m
=
=1,8⋅10
−31
m 9⋅10 kg
s²
15 m
−9
6m
v=a⋅t=1,8⋅10 2⋅10 s=1,8⋅10 =6,5 Millionen km / h
s
s
2. Newtonsches Axiom: F =m⋅a  a=