2. Übungsblatt

Einführung in die Physik I für Studierende im Nebenfach (Biologie, Chemie u.a.) und L3
SS08
2. Übungsblatt
Achtung!
Strukturieren Sie den Lösungsweg der Aufgaben entsprechend der drei Schritte
(i) Ansatz
(ii) Rechnung
(iii) Ergebnis
2.1
Kapazität und elektrische Feldenergie
Eine Wolke befindet sich in der Höhe h = 420m über der Erdoberfläche. Sie besitzt eine Fläche von
A = 100.000m2. Zwischen der Wolke und dem Erdboden, die man als geladene Platten eines
Plattenkondensators mit Luft als Dielektrikum auffassen kann, besteht ein elektrisches Feld der
Feldstärke E = 0,2 MVm-1.
(a)
(b)
(c)
(d)
Wie groß ist die Spannung zwischen Wolke und Erdboden?
Wie groß ist die elektrische Ladung der Wolke?
Wie groß ist die im elektrischen Feld gespeicherte Energie?
Welchen Wert besitzt diese Energie bei einem Stromtarif von 0,12€ kWh-1 ?
2.2 Netzwerke aus Kondensatoren
Berechnen Sie die Kapazitäten dieser kleinen Netzwerke:
6 μF
1 μF
1 μF
5 μF
1 μF
1 μF
2.3 Kugelpotential
Eine kleine Kugel habe die Ladung q. Im Abstand r1 = 1cm von ihrem Mittelpunkt misst man das
Potential Φ1 = 10V (Φ∞ = 0V).
Wie groß ist das Potential Φ2 im Abstand r2 = 5cm vom Zentrum?
Welche Spannung besteht zwischen den beiden Punkten? Kann man diese Spannung nutzen, um eine
Glühbirne zum Leuchten zu bringen, indem man sie zwischen den beiden Punkten anschließt?
2.4 Ion im elektrischen Feld
Ein einfach geladenes Ion der Masse m = 3.1*10-20 kg fliegt mit v = 200 m/s im Abstand von s = 4 mm
von der negativen Platte in einen Plattenkondensator. Er besitzt einen Plattenabstand a = 6 mm und
zwischen den Platten liegt eine Spannung von 200V an.
In welchem Abstand d zur Vorderkante trifft das Ion auf die negative Platte auf?
http://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/veranstaltungen/UebungEinfPhysikNF/index.html