Ergänzungen zu Physik f. Naturwissenschaftler

Ergänzungen zu Physik 2 für Naturwissenschaftler
3.Übungsstunde am 28. März 2001
9. Ladung und Energie eines Kondensators
Zwischen den Kreisplatten ( r = 9 cm, Abstand d = 2 mm ) eines Versuchskondensators
herrscht die Spannung U = 5000 V. Die Dielektrizitätskonstante von Luft  L = 1, die
Durchschlagsfestigkeit beträgt 20-40 KV cm .
a)
Wie groß ist die Kapazität C des Kondensators ?
b)
Welche Ladungsmenge Q wird gespeichert ?
c)
Welche Energie W wird gespeichert ?
d)
Wie groß ist die Kraft F zwischen den Platten ?
10. Beschleunigung im elektrischen Feld
Ein Elektron wird in einem homogenen elektrischen Feld zwischen zwei Elektroden ( Abstand
30 cm ) beschleunigt. Die Beschleunigungsspannung beträgt 12000 Volt.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Elektrons nach dem Durchlaufen des E-Feldes, und
zeigen Sie, daß nicht die Stärke des Feldes, sondern nur die Spannung zwischen den Platten für
die Endgeschwindigkeit ausschlaggebend ist.
Berechnen Sie die Laufzeit des Elektrons.
11. Ablenkung von Elektronen im elektrischen Feld
Ein Elektron wird mit einer Geschwindigkeit von 2  107 m s in ein Kondensatorfeld genau in der
Mitte zwischen den Platten eingeschossen. Der Plattenabstand beträgt 2 cm, der Kondensator
mißt 4 cm Länge. Auf dieser Strecke wird das Elektron um 7 mm abgelenkt.
Berechne
a)
Die elektrische Feldstärke E.
b)
Den Austrittswinkel des Elektrons sowie den Auftreffpunkt am Schirm mit Abstand d
= 30 cm vom Ende des Feldes
c)
Die notwendige Beschleunigungsspannung um die Eintrittsgeschwindigkeit zu
erreichen.
12. Potentiometerschaltung
Die Helligkeit einer Scheinwerferlampe ( 50 Watt bei 12 Volt ) soll durch eine
Potentiometertschaltung wie in der Zeichnung geregelt werden. Der Gesamtwiderstand des
Potentiometers beträgt R=10 Ohm.
Berechnen Sie die Spannung an der Lampe in Abhängigkeit von der Stellung des Schleifers,
z.B. R1 = 0, 2.5, 5, 7.5, 10 Ohm.
R
1
13. Widerstand von Hochspannungsleitungen
Die 110 kV- Hochspannungsleitung der TIWAG besteht aus Stahl/Aluminiumleitern.
7 Adern Stahl: A1  60 mm2 ,1  2  10 7 m .
30 Adern Aluminium: A2  257 mm2 ,2  3.2  10 8 m .
Wie groß ist der Widerstand pro km Leitung ? Beachten Sie, daß die Stahl- und Al-Leiter
parallel geschaltet sind !
Wie verteilt sich der Gesamtstrom von 550 A auf den Stahl- und Aluminiumleiter ?