Lösung - LEIFI Physik

1. Schulaufgabe aus der Physik - Lösung
Januar 2008 - zur Verfügung gestellt von Frank Fritsche
0. Aufgabe: Grundwissen - Stromstärke, Spannung, Widerstand
Bestimmung des Gesamtwiderstands:
Der Ersatzwiderstand beträgt ca. 14 Ω.
Berechnung des Gesamtstroms:
Der Strom im äußeren Kreis ist 0,84 A.
1. Aufgabe: Deutung eines Experiments (ca. 8 BE)
Beschreibung und Versuchsergebnis:
Schaltplan:
Zwei parallele, flexible Leiter werden in
umgekehrter Richtung von einem starken
Gleichstrom durchflossen. Dabei zeigt sich
eine Abstoßung der beiden Leiter, die mit
Hilfe eines Tageslichtprojektors sehr
deutlich nachgewiesen werden kann.
Erklärung anhand einer
Schnittzeichnung:
Der eine stromdurchflossene Leiter befindet
sich im Magnetfeld des anderen
stromdurchflossenen Leiters. Da
Magnetfeldrichtung und Stromrichtung
senkrecht aufeinander stehen, wirkt eine
(abstoßende) Kraft:
Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand
kann die Kraftwirkung z. B. auf den rechten
Leiter ermittelt werden:
Ursache (Daumen): Strom in Papierebene
Vermittlung (Zeigefinger): nach oben
gerichtetes Magnetfeld
Wirkung: Kraft nach rechts
Hinweis: Die Ermittlung der Kraftwirkung
auf den linken Leiter erfolgt analog.
2. Aufgabe: Elektrische und magnetische Felder (ca. 6 BE)
a) Skizze der Feldlinien ( auch einfachere Skizzen werden akzeptiert):
b) Kraftrichtung auf einen bewegten Ladungsträger:
Ermittlung der Lorentzkraft mit Ermittlung der Lorentzkraft mit keine Kraft da
Hilfe der Drei-Finger-Regel der Hilfe der Drei-Finger-Regel der Geschwindigkeitsrichtung und
linken Hand
rechten Hand
Magnetfeldrichtung parallel sind
3. Aufgabe: Induktion im ruhenden Leiter (ca. 13 BE)
a) Berechnung der Windungszahl der Sekundärseite ("Dorfseite"):
Die Sekundärseite muss 115 Windungen besitzen.
b) Bestimmung der Stromstärke IV:
Die Verbraucherstromstärke beträgt 6,5 A.
Bestimmung der Stromstärke in der Fernleitung:
Die Stromstärke IL in der Fernleitung beträgt 75 mA.
c) Berechnung der Verlustleistung in der Fernleitung:
Da die Verlustleistung so gering ist (im Vergleich zur abgegebenen Leistung), ist der Wirkungsgrad
der Fernleitung unter den gegebenen Bedingungen nahezu 100 %.
4. Aufgabe: Aufbau der Atome (ca. 8 BE)
• Da die meisten α -Teilchen die Folie ungehindert durchdringen und nur einige wenige abgelenkt
werden bzw. sogar reflektiert werden, stellte Rutherford das so genannte Kern-Hülle-Modell auf:
Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle.
Der Atomkern ist positiv geladen und enthält fast die gesamte Masse des Atoms.
In der Atomhülle befinden sich die negativ geladenen Elektronen.
• Der Radius des Atomkerns konnte zu ca. 10-14 m abgeschätzt werden.
Größenvergleich:
Hätte die Atomhülle die Ausdehnung wie ein Fußballfeld, dann wäre der Kern nur so groß wie ein
Stecknadelkopf am Anstoßpunkt.