13 Elektrostatik I

Übungsaufgaben Physik FOS/BOS 12 Technik
Elektrostatik
1) Ein Strom der Stärke = 0,40 fließt 0,20 lang konstant und wird dann in weiteren 0,60 durch
einen Schiebewiderstand linear heruntergeregelt.
a) Zeichnen Sie ein ( )-Diagramm.
b) Berechnen Sie die während der gesamten Zeit durch den Leiter geflossene Ladungsmenge
(0,20 )
c) Wie viele Elektronen waren das? (1,25 ∙ 10 )
.
2) Im homogenen Feld zwischen den Platten eines Kondensators herrscht an jedem Punkt die elektrische
Feldstärke = 7,5 ∙ 10 . Ein -Teilchen wird mit = 0,0 in dieses Feld gebracht und dem Einfluss
des Feldes überlassen.
a) Berechnen Sie die Kraft
, die auf das -Teilchen wirkt. (2,4 ∙ 10! " #)
b) Berechnen Sie die Beschleunigung $, die das Feld dem -Teilchen erteilt. %3,6 ∙ 10
'
(
c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit , die das -Teilchen beim Auftreffen auf der 2,5)* entfernten
negativen Kondensatorplatte hat. %1,3 ∙ 10" (
3) Die Feldlinien eines Plattenkondensators, dessen Platten horizontal angeordnet sind, verlaufen von
oben nach unten. Die elektrische Feldstärke + beträgt für jeden Punkt des Feldes + = 6,5 ∙ 10, .
Bringt man ein negativ geladenes Goldkügelchen der Masse * = 50- in das Feld, so schwebt es.
a) Fertigen Sie einen Kräfteplan mit den auf das Kügelchen wirkenden Kräften an und berechnen Sie
den Betrag der Ladung . auf dem Goldkügelchen. (7,5 ∙ 10!/ )
b) Der Betrag der elektrischen Feldstärke + wird nun spontan erhöht. Dadurch erreicht das Kügelchen nach 0,15 die 4,7)* entfernte obere Kondensatorplatte. Fertigen Sie einen geeigneten
Kräfteplan und berechnen Sie die Änderung der elektrischen Feldstärke ∆ . %2,84 ∙ 10, (
4)
Gegeben Sei ein homogen geladener Plattenkondensator mit der elektrischen Feldstärke
= 3,5 ∙ 102 . Im Abstand = 7,5)* von der negativen Kondensatorplatte wird ein -Teilchen ins
Feld gebracht.
a) Berechnen Sie die Beschleunigung $, die das -Teilchen erfährt. %1,69 ∙ 10 + ' (
b) Berechnen Sie die Arbeit 4 2 , die vom elektrischen Feld an dem -Teilchen bis zum Auftreffen auf
der negativen Kondensatorplatte verrichtet wird. (8,4 ∙ 10! 5)
c) Berechnen Sie die Spannung 6 2 , die das -Teilchen bis zum Auftreffen auf der negativen Kondensatorplatte durchlaufen hat. (−26,28)
d) Berechnen Sie die Auftreffgeschwindigkeit 9 des -Teilchens auf der negativen Kondensatorplatte.
%5,0 ∙ 10, (
5) Ein Kondensator mit kreisförmigen Platten (: = 7,0)*) und dem Plattenabstand ; = 5,0** wird an
der Spannung 6+ = 2,0 ∙ 10 8 aufgeladen. Berechnen Sie die elektrische Feldstärke , die Flächenladungsdichte < sowie die Ladung
=
auf den Kondensatorplatten. %4,0 ∙ 10" ; 3,54 ∙ 10!?
'
; 5,4 ∙
10! (
6) Ein Kondensator mit kreisförmigen Platten (: = 9,0)*; ; = 6,0**) trägt die Ladung
10! . Berechnen Sie die Spannung 6 zwischen den Kondensatorplatten. (1,1@8)
= 4,2 ∙
7) Ein Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (: = 10)*; ; = 3,0**) wird an eine Spannung
6+ = 4008 gelegt.
=
a) Berechnen Sie + und + . %1,3 ∙ 10" ; 3,6 ∙ 10! (
b) Untersuchen Sie durch allgemeine Rechnung, wie sich 6+ ,
+
und
+
ändern, wenn der PlattenabA
C
stand verdoppelt wird und der Kondensator an der Spannungsquelle bleibt. %6+ ; 2B ; 2B(
c) Untersuchen Sie durch allgemeine Rechnung, wie sich + , + und 6+ ändern, wenn der geladene
Kondensator von der Spannungsquelle getrennt wird und dann der Plattenabstand verdoppelt wird.
( + ; + ; 26+ )
= 5,0;*2 und einem Plattenabstand von
8) Ein Plattenkondensator mit den Plattenflächen
;+ = 4,0)* wird an einer Spannungsquelle der Größe 6 = 1008 geladen.
=
a) Berechnen Sie + , + und + des Kondensators. %11D ; 11 ∙ 10! + ; 2,5 ∙ 10 (
b) Überlegen Sie anhand allgemeiner Rechnungen, wie sich + , + und + ändern, wenn der Plattenabstand von ;+ auf E ∙ ;+ geändert wird und der Kondensator mit der Spannungsquelle verbunden
bleibt. % B ;
F
CB
F
A
; FB (