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Physik * Jahrgangsstufe 11 * Lösungen zu den Aufgaben „Energie im elektrischen Feld“
3. a)
4. a) E =
U 1,8kV kV = = 45 d 0, 04m m
b) ϕ ( A) = − 0,90 kV
und F = q ⋅ E = 25nC ⋅ 45
kV = 1,1 mN m
; ϕ ( B) = − 1,35 kV ; U AB = ϕ ( A) − ϕ ( B) = 0, 45 kV
c) U = konst. und d wird verdoppelt ⇒ U A E= halbiert sich, C = ε o halbiert sich, Q = C ⋅ U halbiert sich und d d 1 Wel = ⋅ C ⋅ U 2 halbiert sich. 2 Da sich die Platten anziehen, muss mechanische Arbeit aufgebracht werden; trotzdem nimmt die Energie des elektrischen Feldes nicht zu sondern sogar noch ab! Grund: Die Batterie wird aufgeladen!!! (Ladungen werden gegen die anliegende Spannung in Batterie „zurückgeschoben“!) 1 1 ⋅ C ⋅ U 2 = ⋅ 4700 µ F ⋅ (15V ) 2 = 0,53 J 2 2 N b) 0,53 J = mgh = 0,100kg ⋅ 9,8 ⋅ h ⇒ h = 0, 54 m kg
5. a) Wel =
c) C = ε o ⋅
A C ⋅ d 4700 µ F ⋅ 0, 050m ⇒ A= = = 27 km 2 εo d −12 As 8,85 ⋅10 Vm
6. Q = konstant a) wird d halbiert, dann verdoppelt sich C, U wird halbiert und E bleibt gleich. 2 b) wird d um 50% vergrößert, dann nimmt C auf des Ausgangswertes ab und 3 U nimmt auf das 1,5-fache des Ausgangswertes zu; E bleibt wieder gleich. 7. Gewichtskraft FG = mg und elektrische Kraft Fel = q∙E halten sich das Gleichgewicht. (Die untere Platte ist dabei negativ!) N 0,10 ⋅10−3 kg ⋅ 9,8 ⋅ 0, 060m U mgd kg mg = q ⋅ ⇒ U = = = 15 kV −9 d q 4, 0 ⋅10 C
