03 Feldstärke und Potenzial im Plattenkondensator

Übungsaufgaben Physik FOS/BOS 12 Technik
Feldstärke und Potenzial im Plattenkondensator
1.
Zwischen den Platten eines Kondensators herrscht die Feldstärke E = 5,7 10³ N/C;
der Plattenabstand beträgt d = 7,0 cm.
Im Abstand x = 4,5 cm von der Kondensatorplatte wird der Potenzialnullpunkt Po in das
elektrische Feld gelegt.
a) Berechnen Sie die Potenziale ϕ o / - und
ϕ o / + , die die negative und positive
Kondensatorplatte von Po aus besitzen! (- 256,5 V ; + 142,5 V )
b) Berechnen Sie die Spannung U1 / 2 , die ein geladener Probekörper von der negativen zur positiven Kondensatorplatte durchläuft ! ( + 399 V )
c) Berechnen Sie die an der Probeladung qPr = - 3,2 10- 11C beim Transport von der
negativen zur positiven Kondensatorplatte verrichtete Arbeit ! ( - 1,28 10- 8 J )
2.
An einen Plattenkondensator wird die konstante Spannung Uo gelegt und mit einem
Elektrofeldmeter (EFM) die elektrische Feldstärke E in Abhängigkeit vom Plattenabstand d gemessen.
Es ergeben sich folgende Wertepaare:
d in 10- 2 m
0,90 2,00 3,00 4,00 6,00
-----------------------------------------------------------E in kV/m
88,9 40,0 26,7 20,0 13,3
a) Fertigen Sie eine beschriftete Schaltskizze !
b) Ermitteln Sie durch rechnerische Auswertung der Messreihe, wie E von d abhängt !
c) Stellen Sie E in Abhängigkeit von d so dar, dass sich eine Ursprungsgerade ergibt !
Maßstab:
Rechtsachse :
10 m-1
1 cm
Hochachse
20 kV
1 cm
:
d) Berechnen Sie mit Hilfe des Graphen von c) den Wert der angelegten Spannung Uo !
( 800 V )
3.
Bei einem Versuch wird der Potenzialnullpunkt Po zwischen die Platten eines Kondensators gelegt. Der Plattenabstand beträgt d = 4,0 cm.
Für die Potenziale der Kondensatorplatten von Po aus ergeben sich folgende Werte
ϕ 1 = - 750 V und ϕ 2 = + 500 V.
a) Stellen Sie ϕ (x) und E(x) im Bereich 0 cm ≤ x ≤ 4,0 cm graphisch dar, wobei der
Koordinatenursprung auf die Platte mit dem negativen Potenzial gelegt wird.
b) Ermitteln Sie graphisch die Lage xo des Potenzialnullpunkts Po !
c) Ermitteln Sie rechnerisch die Lage xo des Potenzialnullpunkts Po ! ( 2,4 cm )
d) Berechnen Sie die Arbeit W 1 / 2 , die nötig ist, um die Ladung qPr = - 2,0 nC
von der positiven zur negativen Platte zu transportieren ! ( + 2,5 10-6 J )