Bitte rechnen Sie mit den Werten
e = 1,602 · 10-19 As , me = 9.11 · 10-31 kg und ε0 = 8,854 · 10-12 As:Vm
1. Aufgabe
Bitte erklären Sie, warum man elektrische Aufladungen und die damit verbundenen Wirkungen im Alltag ausschließlich bei Nichtleitern findet!
2. Aufgabe
Zwei jeweils die negative Ladung Q = –2 · 10-9 As tragende Kugeln sind so aufgestellt, dass zwischen ihren Mittelpunkten ein Abstand d = 12 cm besteht. Aus sehr großer Entfernung soll ein Elektron genau zwischen ihnen hindurch geschossen
werden.
a) Erläutern Sie die Bedeutung des Hinweises „… aus sehr großer Entfernung …“ für diese Aufgabenstellung!
b) Berechnen Sie die Mindestgeschwindigkeit vx, die dem Elektron hierzu erteilt werden muss!
c) Entscheiden Sie, ob das von Ihnen errechnete Ergebnis physikalisch möglich ist!
d) Rechnen Sie die dem Elektron erteilte Energie in die Maßeinheit eV um
3. Aufgabe
Eine freistehende Kugel K1 mit dem Radius r1 = 5 cm trägt die Ladung
Q1 = 3 · 10-8 As. Eine zweite Kugel K2 mit dem Radius r2 = 3 cm und der Ladung
Q2 = 2 · 10-9 As steht so, dass die Oberflächen der Kugeln einen Abstand d = 6 cm
haben.
Betrachten Sie in Ihrer Rechnung die Kugel K1 als felderzeugend und K2 als Probeladung.
a) Berechnen die Sie Arbeitsbetrag W1, der für eine Halbierung des Oberflächenabstands notwendig wäre.
b) Die Oberflächen der beiden Kugeln sollen sich berühren. Berechnen Sie auch den hierfür nun noch zu erbringenden Arbeitsbetrag W2!
c) Ermitteln Sie, von welcher Kugel Ladung auf die andere übergeht und bestimmen Sie den Betrag ΔQ dieser Ladungsmenge!
4. Aufgabe
Ein Plattenkondensator ohne Dielektrikum hat eine Kapazität von C = 0,2 nF und einen Plattenabstand d = 4 cm.
Im homogenen Feld dieses Kondensators wird in einem senkrecht zu den elektrischen Feldlinien gehaltenen Plattenpaar mit einer Fläche von A = 12 cm2 eine Ladung Qi = ±1,2 · 10-10 As erzeugt.
a) Berechnen Sie den Radius r der beiden kreisförmigen Platten dieses Kondensators!
b) Berechnen Sie die an diesem Kondensator anliegende Spannung U und die in ihm enthaltene Energie Wel!
5. Aufgabe
Ein mit einer Kunststoffplatte gefüllter Plattenkondensator besteht aus zwei quadratischen Platten mit der Seitenlänge a = 10 cm, die in einem Abstand d = 1 cm voneinander aufgestellt sind. Er hat eine Kapazität C = 5,2 nF.
Berechnen Sie aus diesen Angaben die Permeabilität εR des verwendeten Kunststoffs!
6. Aufgabe
Bestimmen Sie die Kapazität Cx so, dass diese Schaltung eine Gesamtkapazität von Cges = 10 nF hat!
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