Abschnitt 4, 4. Übungsstunde

Übungen Physik, FF2
SS 2017
Abschnitt 4, 4. Übungsstunde
4.4.1. Zwei entgegen gesetzt geladene Platten von je 1 m2 Fläche befinden sich in einem Abstand von 0,01 m.
Die Potentialdifferenz zwischen den Platten beträgt 100 V.
a) Bestimmen Sie das elektrische Feld zwischen den Platten!
b) Bestimmen Sie die Größe der Ladung auf den Platten!
4.4.2.
a) Von welchem Potential (hoch oder tief) zu welchem Potential bewegen sich positive Ladungen bzw. negative Ladungen von selbst?
b) Von welchem Potential zu welchem Potential zeigen die elektrischen Feldlinien?
c) Die beiden gestrichelten Flächen in der Abbildung betragen je
2 m2 , der Abstand beträgt d = 4 m.
Bestimmen Sie die Spannungen X UY , Y UX , und X UZ !
4.4.3. Gegeben ist ein homogenes Feld E = 40 N/C. Der Punkt X liegt genau 4 m in Feldrichtung vom Punkt
Y entfernt. Der Punkt Y hat das Potential UY = 200 V.
a) Bestimmen Sie die Potentialdifferenz X UY und das Potential des Punktes X!
b) Wieviel Energie wird bei der Verschiebung der Ladung Q = +3 mC von X nach Y absorbiert oder frei?
c) Wieviel Energie wird bei der Verschiebung der Ladung Q = −5 mC von X nach Y absorbiert oder frei?
d) Wieviel Energie wird bei der Verschiebung der Ladung Q = +10 mC von Y nach X absorbiert oder frei?
4.4.4. Die gestrichelte Fläche links beträgt Alinks = 4 m2 ,
die rechte Fläche Arechts = 5 m2 . Der Abstand
zwischen X1 und X2 ist gleich wie der Abstand
zwischen X3 und X4 bzw. zwischen X4 und X5 .
Folgende Potentiale sind gegeben: UX5 = 100 V,
UX4 = 80 V, UX2 = 20 V.
Bestimmen Sie UX3 und UX1 !
4.4.5. Eine Wolke befindet sich in der Höhe h = 420 m über dem Erdboden und hat eine Flächenausdehnung von
A = 10000 m2 . Die Wolke und den Erdboden kann man als geladenen Kondensator auffassen. Dazwischen
wird eine elektrische Feldstärke von 200000 N/C gemessen.
a) Wie groß ist die Spannung zwischen Wolke und Erdboden?
b) Wie groß ist die elektrische Ladung der Wolke?
4.4.6. Eine Punktladung mit Q = +10 µC erzeugt ein elektrisches Feld.
a) Skizzieren Sie die Feldlinien!
b) Berechnen Sie die Spannung (= Potentialdifferenz) zwischen zwei Punkten X und Y mit den Abständen
rX = 0, 6 m und rY = 1, 5 m.
c) Wie viel potentielle Energie wird beim Transport der Probeladung ∆Q = 0, 1 µC von X nach Y absorbiert oder frei?
4.4.7. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 4 g trägt die Ladung Q = −5 mC. Sie wird in einem Punkt des homogenen Feldes E = 100
N/C losgelassen und durch das Feld beschleunigt.
In welche Richtung bewegt sich die Masse und welche Geschwindigkeit erreicht sie nach 3 Metern?
4.4.8. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 5 g mit der Ladung Q = +2 mC wird mit der Geschwindigkeit v = 4 m/s gegen ein
homogenes Feld E = 150 N/C geschossen. Wie weit kommt sie?
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4.4.9. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 2 g mit der Ladung Q = +5 mC wird in einem Punkt mit dem Potential 100V mit
v = 10 m/s gegen ein homogenen Feld geschossen. Welche Spannung kann sie durchfliegen und bei welchem Potential kehrt sie um?
4.4.10. Berechnen Sie mit dem Energieerhaltungssatz! Machen Sie vorher eine Skizze!
Die Masse m = 2 g mit der Ladung Q = +3 mC wird in einem Punkt mit dem Potential 70 V losgelassen
und vom Feld E beschleunigt.
In welche Richtung bewegt sich die Masse und welche Geschwindigkeit erreicht sie nach dem Durchfliegen
einer Spannungsdifferenz von |∆U | = 20 V? Herrscht dort das Potential 90 V oder 50 V?
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,
1 Q
1 Q
U (r) = 4πε
E(r) = 4πε
2,
0 r
0 r
Q·d
Ekond = εQ
,
U
=
kond
ε0 A
0A
mp = 1, 67 · 10−27 kg