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Ladungen und elektrisches Feld
Physik–Sp
1) Welche Ladung ist durch den Leiterquerschnitt geflossen, wenn eine konstante Stromst¨arke I = 1, 8 mA 5 min und 12 s lang gemessen wird? 2) Eine Batterie kann eine Ladung von 88 Ah abgeben. Wie lange kann man ihr einen Strom von 0, 5 A entnehmen? 3) Berechnen Sie die elektrische Feldst¨arke an einem Ort, an dem auf einen K¨orper mit einer Ladung Q = 26 nC die Kraft F = 37 µN wirkt. 4) Berechnen Sie die Kraft, die ein K¨orper mit einer Ladung Q = 78 nC in einem Feldpunkt der Feldst¨arke E = 810 kN erf¨ahrt. C 5) Die Feldlinien eines Plattenkondensators verlaufen vertikal von unten nach oben. Ein im ¨ opfchen, dessen Masse m = 4, 7 · 10−10 kg Plattenraum eingebrachtes positiv geladenes Oltr¨ ist, schwebt gerade. Messungen ergeben eine Feldst¨arke E = 7, 2 GN . C ¨ opfchens. Berechnen Sie die Ladung des Oltr¨ sei senkrecht zur Erdoberfl¨ache nach unten gerichtet. 6) Ein elektrisches Feld der St¨arke 180 N C Vergleichen Sie die nach oben gerichtete elektrostatische Kraft auf eine Elektron (q = 1, 6 · 10−19 C, m = 9, 1 · 10−31 kg) mit der nach unten gerichteten Gravitationskraft (g = 9, 81 sm2 ). Wie stark m¨ usste eine 3 g schwere M¨ unze geladen sein, damit die durch dieses Feld bewirkte elektrostatische Kraft die Gravitationskraft ausgleicht? 7) Begr¨ unden Sie: Das Innere eines hohlen Metallk¨orpers enth¨alt im elektrostatischen Gleichgewicht weder ein elektrisches Feld noch u ussige Ladungen. ¨bersch¨ 8) Eine Pendelkugel ist mit einer Ladung Q = 52 nC geladen und hat die Masse m = 0, 40 g. Sie h¨angt an einem Faden der L¨ange l = 1, 80 m in einem horizontal gerichteten homogenen elektrischen Feld. Durch die Kraft des Feldes wird sie um d = 15 mm ausgelenkt. Wie groß ist die Feldst¨arke E des homogenen Feldes?
α l
Tipp: Wegen der geringen Auslenkung ist die R¨uckstellkraft des Pendels quasi parallel zum elektrischen Feld. d FR α
Fg
Ladungen und elektrisches Feld
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L¨osungen 1) Q = I · t = 1, 8 mA · 312 s = 561, 6 mC
2) Q = 88 Ah= 316 800 C;
3) E =
t=
Q = 633 600 s = 176 h I
kN F = 1, 4 Q C
4) F = Q E = 63 mN
5) Fg = Fel
⇒
mg = QE
6) Fel = 2, 88 · 10−17 N; Fg = Fel
⇒
⇒
Q=
mg = 6, 4 · 10−19 C E
Fg = 8, 936 · 10−30 N;
mg = QE
⇒
Q=
Fel = 3, 2 · 1012 Fg
mg = 163, 5 µC E
7) chisum 8) R¨ uckstellkraft FR = Fg · sin α = m g sin α
Auslenkung d = l · sin α
FR ||Fel
⇒
⇒
mgd = qE l
sin α =
⇒
E=
d = 0, 47◦ l
mgd ql
⇒
FR =
= 628, 85
mgd = 3, 27 · 10−5 N l
α l
N C
d FR α
Fg
