Abschnitt 4, 5. Übungsstunde
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Übungen Physik, FF2 SS 2017 Abschnitt 4, 5. Übungsstunde 4.5.1. Auf den Platten eines Kondensators mit der Kapazität C = 30 µF sitzt die Ladung Q = ±15 mC. a) Wie groß ist die Spannung, die am Kondensator entsteht? b) Die negative Platte hat das Potential U− = 20 V. Wie groß ist das Potential U+ der positiven Platte? c) Wir transportieren nun ∆Q = +15 µC von der negativen zur positiven Platte. Wie groß ist dann die Ladung auf beiden Platten? Wie viel Energie braucht oder bekommt man bei diesem Ladungstransport? 4.5.2. An einen Plattenkondensator mit der Plattenfläche A = 0, 5 m2 und dem Plattenabstand d = 4 mm im Vakuum wird die Spannung U = 400 V angelegt. a) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators, die Ladung auf den Platten und das elektrische Feld im Kondensator? b) Berechnen Sie die Kapazität, wenn der Kondensator mit Wasser (r = 81) gefüllt wird aber an die Spannungsversorgung angeschlossen bleibt! Berechnen Sie für diesen Fall auch die Ladungen am Kondensator! 4.5.3. Zwei Widerstände (R1 = 20 Ω, R2 = 60 Ω) sind in Serie geschaltet. Sie werden von einem Strom I = 5 A durchflossen. a) Berechnen Sie die Gesamtspannung und die beiden Teilspannungen! b) Das Potential des positiven Pols der Spannungsquelle beträgt U+ = 500 V. Wie hoch ist das Potential des negativen Pols U− ? Stellen Sie den Potentialverlauf durch beide Widerstände graphisch dar! 4.5.4. Zwei Widerstände (R1 = 20 Ω, R2 = 80 Ω) sind parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen. Durch den Widerstand R1 fließt der Strom I1 = 2, 6 A. a) Berechnen Sie die Stromstärke I2 und den Gesamtstrom! b) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand und die anliegende Spannung! 4.5.5. Das Potential des negativen Pols der Stromquelle in der Abbildung beträgt U− = 50V und die Spannung der Stromquelle ist U = 20V. Die Widerstände sind RA = RB = 200 Ω, RC = 400 Ω und RD = 20 Ω. a) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand und die Teilspannungen U1 und U2 ! b) Wie hoch ist das Potential der Punkte P1 und P2 ? c) Bestimmen Sie die Stromstärke durch RA und RD ! 4.5.6. Alle Widerstände sind gleich groß. Die Kapazität beträgt 5 µF. Die Spannung der Stromquelle beträgt 33V. a) Berechnen Sie den Gesamtwiderstand (ohne Kapazität)! b) Berechnen Sie die drei Teilspannungen! c) Berechnen Sie den gesamten Strom und die Ströme durch die einzelnen Widerstände! d) Wie groß ist die Ladung, die auf den Platten des Kondensators sitzt? 4.5.7. Die Batteriespannung beträgt U = 9 V. Die Kondensatoren sind gegeben durch C1 = 3 µF, C2 = 7 µF und C3 = 5 µF. Alle Kondensatoren sind voll aufgeladen, so daß im Kreis kein Strom mehr fließt. a) Berechnen Sie die Gesamtkapazität! b) Berechnen Sie die beiden Teilspannungen U1 und U2 ! c) Berechnen Sie die Ladungen, die jeweils auf den Kondensatoren sitzen! C1 C2 R R R U1 U2 U 1 C3 Übungen Physik, FF2 SS 2017 4.5.8. Ein Lift (Personenaufzug) eines Hochhauses arbeitet bei 380 V. Er transportiert 1500 kg mit einer Geschwindigkeit von v = 4 m/s nach oben. a) Berechnen sie seine Leistung! b) Wie groß sind die Stromstärke und der Widerstand des Liftes? c) Wie viel kWh werden verbraucht, wenn der Transport 1 Minute dauert? Wie viel Coulomb laufen dabei durch die Maschine? 4.5.9. Auf einer Glühlampe steht zu lesen: 230 V, 60 W. a) Welche physikalischen Größen werden durch diese Zahlen beschrieben? b) Berechnen Sie die Stromstärke und den Widerstand der Glühlampe! c) Wie viel Energie (Joule und kWh) wird verbraucht, wenn die Glühlampe 24 Stunden brennt“? ” d) Wie lange dauert es, bis die Ladung 1 C durch die Lampe geht? 4.5.10. Ein Wasserkocher hat eine Leistung von 2300 W. Wie lange dauert es, damit 1,5 Liter Wasser von 20◦ C auf 95◦ C zu erhitzen? Wie groß ist der Strom, der durch den Wasserkocher fließt, wenn die Netzspannung 230 V beträgt? Auszug aus der Formelsammlung: 2 2 C 1 10 Jm ε0 = 8, 854 · 10−12 Jm 2, 4πε0 ≈ 10 C2 −19 |Qp | = |Qe | = 1, 6 · 10 C, me = 9, 1 · 10−31 kg, , Ukond = εQ·d Ckond = ε0dA , Ekond = εQ 0A 0A mp = 1, 67 · 10−27 kg cW = 4186 J/(kg◦ C), ∆Q = m cW ∆T , ρW = 1 kg/L, P = U · I = R · I 2 = 2 U2 R
