1 Beschreibe, wie Feldlinienbilder sowohl für magnetische als auch für elektrische Kräfte zustande kommen. 2 Beschreibe, was man unter einem elektrischen Feld versteht. 3 Beschreibe, was man unter Feldlinien versteht. 4 Erörtere, welcher Unterschied zwischen der Kraft auf Ladungen und der Feldstärke besteht. 5 Beschreibe, welche Form das Feld einer Ladungsverteilung in großer Entfernung hat. 6 Erkläre, was man unter elektrischer Spannung versteht. 7 Nenne die Einheit der elektrischen Spannung. 8 Analysiere, welche Analogien es zwischen dem elektrischen Feld und dem Gravitationsfeld gibt. 9 Beschreibe die Aufgabe von Kondensatoren. 10 Erkläre, was Kapazität von Kondensatoren bedeutet. 11 Erkläre, wie man die Kapazität von Kondensatoren vergrößern kann. 12 Erkläre, was im Inneren eines elektrischen Leiters geschieht, wenn man ihn in ein elektrostatisches Feld bringt. Welche praktische Anwendung hat dies? 13 Erkläre, was im Inneren eines Isolators geschieht, wenn man ihn in ein elektrostatisches Feld bringt. Welche praktische Anwendung hat dies? Teste dein Wissen 1 Zwei gleich große Ladungen stoßen einander in einem Abstand r = 0,1 m mit einer Kraft F = 10 −2 N ab. Berechne, wie groß die Ladungen sind. 2 Eine Ladung Q 1 = 1 C hat den Abstand r = 1m von der Ladung Q 2 = 10 −10 C. a) Berechne, wie groß die Kraft auf die Ladung Q 1 ist. b) Berechne, wie groß die Kraft auf die Ladung Q 2 ist. 3 Im Wasserstoffatom beträgt der Abstand zwischen Atomkern und Elektron rund 10−10 m. Der Atomkern (ein Proton) trägt eine Ladung Q = 1,6·10 −19 C. Das Elektron hat eine gleich große negative Ladung. a) Ermittle, wie groß die elektrische Anziehungskraft zwischen Atomkern und Elektron ist. b) Berechne, wie groß die Gravitationskraft zwischen Atomkern und Elektron ist, wenn deren Massen m K = 1,7·10 −27 kg und m e = 9·10 −31 kg betragen. c) Um welchen Faktor ist die elektrische Anziehungskraft größer als die Gravitationskraft? d) Nach dem Rutherford’schen Atommodell bewegt sich das Elektron auf einer Kreisbahn um den Kern. Welche Bahngeschwindigkeit musste Rutherford für das Elektron annehmen? e) Die Bewegung des Elektrons stellt einen kleinen Kreisstrom dar. Berechne, wie groß die Stromstärke ist. 4 Ein K +-Ion hat einen Radius von etwa 10−10 m. Ermittle, wie groß die Kraft auf ein Elektron bei diesem Abstand vom Kern ist. Stelle die Abnahme dieser Kraft grafisch dar, wenn der Abstand schrittweise auf 10−9 m vergrößert wird. Beschreibe das Ergebnis! 5 Eine Wolke befindet sich 420 m hoch über der Erdoberfläche. Sie hat eine Fläche von 105 m 2. Zwischen Wolke und Erde befindet sich ein elektrisches Feld mit der Feldstärke 2·10 5 V/m. a) Berechne, wie groß die Spannung zwischen Wolke und Erdboden ist. b) Berechne, wie groß die elektrische Ladung der Wolke ist. 6 Ein Elektron (m e = 9·10 −31 kg) durchläuft die Spannung U = 220 V. Ermittle, welche Energie und welche Geschwindigkeit es hat, wenn es anfänglich in Ruhe war. 7 Berechne die Ladungsmenge, die durch Anschluss einer Hochspannungsquelle mit 10 kV zwischen den Platten eines Plattenkondensators verschoben wird, wenn diese bei 1 m2 Fläche einen Abstand von 10 cm haben. Welche Stromstärke könnte 1 ms lang erreicht werden? Überlege, ob Plattenkondensatoren als Ladungsspeicher für die Energietechnik brauchbar sind. 8 Berechne, wie groß die Kapazität eines handlichen Plattenkondensators (A = 0,01 m2, d = 1 cm) ist. Vergleiche mit technischen Kondensatoren. 9 Die Spannung einer Gewitterwolke in etwa 3 km Höhe beträgt gegen den Erdboden rund 30 Mio. Volt. Die Feldstärke von ca. 104 V/m reicht für eine Ionisierung der Luft nicht aus. Wegen der Turbulenz der Luftmassen ist die Ladungsverteilung an der negativen Unterseite der Wolke nicht gleichmäßig, so dass lokal Feldstärken von 107 V/m erreicht werden. Es kommt zu einem Blitzüberschlag zwischen Wolkenteilen oder zum Erdboden. Zeige, dass bei diesen Feldstärken die Flächenladung rund 10−4 C/m 2 beträgt. Berechne, wie groß abgeführte Ladung und Stromstärke sind, wenn ein Blitz die Ladung einer Wolkenfläche von rund 10 5 m 2 in etwa 1 ms abführt. Rechenaufgaben 115 4 Elektrisches Feld Felder Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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