Tutorium Physik 2. Elektrizität

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1 1 Tutorium Physik 2. Elektrizität SS 16 2.Semester BSc. Oec. und BSc. CH

2 2 Themen 7. Fluide 8. Rotation 9. Schwingungen 10. Elektrizität 11. Optik 12. Radioaktivität

3 3 10. ELEKTRIZITÄT

4 Coulombkraft: Aufgabe (**) Wie groß ist die Coulomb-Kraft F zwischen einem Wasserstoff-Atomkern (q 1 = 1, C) und einem Elektron (q 2 = 1, C) bei einer Entfernung von a) r 1 = 0,529 m? b) r 2 = 52,9 pm (Elektron umkreist Atomkern)?

5 10.2 Punktladung: Aufgabe 9 Wie groß in μc müsste jede von zwei Punktladungen sein, die sich in einer Entfernung von r = 10 cm gegenüberstehen, wenn eine Anziehungskraft von F = 100 N zustande kommt?

6 10.3 Massenpunkt: Aufgabe 13 Zwei kleine Körper, die als geladene Massenpunkte mit gleichem Ladungsbetrag betrachtet werden können, üben in der gegenseitigen Entfernung r = 10 cm die Kraft F = 300 N aufeinander aus. Wie groß sind die Ladungen?

7 Abstand zweier Teilchen: Aufgabe Das Produkt der Beträge der Ladungen zweier Teilchen beträgt 6 C². Die zwischen ihnen wirkende Coulombkraft beträgt F = 4, N. Wie weit befindet sich Teilchen 1 von Teilchen 2 entfernt? Geben Sie den Abstand in cm an.

8 10.5 Konstantan: Aufgabe 19 Aus Konstantandraht soll eine Spule mit einem Widerstand R = 25 Ω gewickelt werden. Welche Stromstärke in A wird gemessen, wenn die Spule an eine Spannung U = 40 V angeschlossen wird?

9 Widerstände: Aufgabe a. Drei Widerstände mit je R = 300 Ω sind in Reihe geschaltet. Berechnen Sie den Gesamtwiderstand R Ges. b. Drei Widerstände mit je R = 300 Ω sind parallel geschaltet. Berechnen Sie den Gesamtwiderstand R Ges.

10 10.7 Parallelschaltung: Aufgabe 24 Zwei Glühlampen mit der Leistung P = 40 W werden parallel an eine Spannungsquelle von U = 230 V geschaltet. Berechnen Sie den Gesamtwiderstand.

11 10.8 Reihenschaltung: Aufgabe 27 Zwei Glühlampen mit der Leistung P = 40 W werden in Reihe an eine Spannungsquelle von U = 230 V geschaltet. Berechnen Sie die umgesetzte Leistung.

12 Wechselstrom: Aufgabe Eine elektrische Wechselstromleitung der Spannung U = 230 V ist mit einer Sicherung der Stromstärke I = 16 A abgesichert. Welche elektrische Leistung in kw kann maximal angenommen werden?

13 10.10 Destillieranlage: Aufgabe 32 Eine Destillieranlage arbeitet mit einer Leistung von p = 2,42 kw. Welchen Widerstand muss die elektrische Heizung bei einer Spannung von U = 230 V haben?

14 Kapazität: Aufgabe (*) a. Wie sehen die Graphen vom Laden und Entladen einer Kapazität aus? b. Was geschieht beim Laden einer Kapazität? c. Zu welchem Zeitpunkt t geht die Spannung U beim Entladen und beim Laden eines Kondensators gegen U = 0 V?

15 Kondensator, Entladevorgang: Aufgabe (**) Ein Kondensator wird an eine Gleichspannung U = 230 V angelegt. Er kann eine maximale Ladung von Q = C aufnehmen. Dem Entladevorgang setzt er einen Widerstand R = 2 Ω entgegen. a. Berechnen Sie die Kapazität C und die Zeitkonstante τ des Kondensators. b. Wann ist die Spannung auf U = 10 V abgefallen? c. Wann ist die Spannung U theoretisch bzw. praktisch auf 0V abgefallen?

16 10.13 Kondensator, Aufladevorgang: Aufgabe (**) 42 a) Wie groß ist die Spannung U zum Zeitpunkt t 0s; t t s; t = ; t = 6s; t =10s; t =5 s, wenn = 3s und U = 10V b) Skizzieren Sie die Ladekurve. c) Berechnen Sie τ für t = 6 s. d) Wann ist der Kondensator zu 25% geladen? 0

17 10.14 Kapazität: Aufgabe 48 Wie groß ist die im elektrischen Feld eines Plattenkondensators mit der elektrischen Kapazität C = 2 μf gespeicherte Energie in mws, der mit einer Spannung U = 400 V aufgeladen wurde?

18 Kondensator, Energie: Aufgabe (**) Ein Kondensator wird entladen, nachdem er zuvor bei einer Spannung von U = 230 V und über einen Widerstand von R = 240 Ω aufgeladen wurde. Die Zeitkonstante τ beträgt 7 s. Wie viel Energie wird bei diesem Entladevorgang frei? Geben Sie das Ergebnis sowohl in J als auch in kj in wissenschaftlicher Schreibweise mit drei Nachkommastellen an!

19 Magnetische Kraft: Aufgabe (*) Sie haben ein Magnetfeld, dass aus der Papierebene herauszeigt. Darin bewegen sich Teilchen in der Papierebene nach oben. In welche Richtung wird ein a. Elektron b. Proton c. Neutron abgelenkt? Benennen Sie auch, was für eine Form die Bahn der Teilchen hat.

20 Konstantan: Aufgabe (***) Aus Konstantandraht mit einem Durchmesser d = 2,0 mm soll eine Spule mit einem Widerstand R = 25 Ω gewickelt werden. Welche Länge muss der Draht haben? Hinweis: Spezifischer Widerstand von Konstantan: ρ = 0,5 Ω*mm²/m

21 Aluminium: Aufgabe (***) Ein Aluminiumdraht mit einer Länge l = 400 m und einem Durchmesser d = 0,8 mm weist einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ(al) = 25,3 Ω nm für Aluminium auf. Wie groß ist der elektrische Widerstand dieses Drahtes? Wie groß ist die zu erwartende elektrische Stromstärke in A?

22 Kupferleitung: Aufgabe (***) Welchen Widerstand R hat eine zweiadrige Kupferleitung (d.h. eine Leitung, bei der je ein Draht für Hin- und Rückleitung isoliert nebeneinander liegen) von l = 12 km Länge, wenn jeder Draht die Querschnittsfläche A = 2,5 mm² hat? Hinweis: Spezifischer elektrischer Widerstand von Kupfer ρ = 0,017 Ω mm²/m

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