Blatt 3

ÜBUNGEN ZUR PHYSIK II UND EINFÜHRUNG IN DIE THEORETISCHE PHYSIK
SOMMERSEMESTER 2015
– BLATT 3 –
Prof. Dr. Caren Hagner, Prof. Dr. Peter Schleper, Prof. Dr. Martin Eckstein
Abgabe und Besprechung: 29.4./30.4.2015
Aufgabe 14: Kapazität einer Zellwand ( 1+1+1 = 3 Punkte )
In einigen Zellen des menschlichen Körpers befindet sich auf der inneren Oberfläche der Zellwand eine
negativ geladene und auf der äußeren Oberfläche eine positiv geladene Schicht (der Ladungsbetrag sei
gleich). Nehmen Sie an, dass σ = ± 0.50·10-3 C/m2, die Dicke der Zellwand d = 5.0 nm und ε = 5.4 ist.
a) Berechnen Sie den Betrag der Feldstärke in der Zellwand.
b) Welche Spannung liegt zwischen der Innen- und der Außenseite der Zellwand?
c) Schätzen Sie ab wie viel elektrische Energie in der Wand einer Zelle gespeichert werden
kann. Verwenden Sie, dass eine typische Zelle des menschlichen Körpers ein Volumen von
10-16m3 hat.
Aufgabe 15: Kondensator mit Dielektrikum ( 2+2+2 = 6 Punkte )
Ein luftgefüllter Plattenkondensator besteht aus zwei quadratischen Metallflächen (Kantenlänge 16cm) im
Abstand von 4,7mm. Zwischen den beiden Platten ist eine Spannung von 12V angelegt.
a) Berechnen Sie die Kapazität C0 des Kondensators, die Ladung Q0 auf den Platten und das elektrische
Feld E0 zwischen den Platten.
b) Jetzt wird die Spannungsquelle entfernt und danach der Plattenabstand auf 9,4mm erhöht. Wie
verändern sich die in a) berechneten Werte?
c) Der Kondensator sei wieder im Ausgangszustand (mit 12V Spannungsquelle verbunden und
Plattenabstand 4,7mm). Jetzt wird bei angelegter Spannung ein Stück Pyrex Glas (ε = 4,7)
eingeschoben, welches das Volumen zwischen den Platten vollständig ausfüllt. Wieviel zusätzliche
Ladung fließt auf die positive Platte? Ändert sich das elektrische Feld zwischen den Platten?
Aufgabe 16: Netzwerk von Kondensatoren ( 3 + 3 = 6 Punkte )
In der rechts abgebildeten Schaltung haben die Kondensatoren
folgende Werte: C1 = C5 = 11,0 μF, C2 = C3 = C4 = 5,5μF.
a) Wie groß ist die Kapazität der Schaltung
zwischen den Punkten A und B?
b) Geben Sie Ladung und Spannungsabfall
an jedem Kondensator an, für VAB = 220V.
Aufgabe 17: noch mehr Parallel- und Reihenschaltungen von Kondensatoren ( 2+2 = 4 Punkte )
Berechnen Sie die Kapazität folgender Anordnungen:
a)
b)
d/2
ε1
ε2
ε3
d
die Fläche einer Platte sei A
grau = quadratische Metallplatten
(Seitenlänge 11.0cm, Dicke 1.50mm)
weiß = Papier (Dicke 0.35mm, ε = 4.2)
Aufgabe 18:
Aufgabe 19:
Aufgabe 20:
Aufgabe 21: