Test-Prüfung Nr.1 5Ra

Test-Prüfung Nr.1
5Ra
Elektrostatik, Laden und
Entladen eines Kondensators
Punkte:
Name:
Note:
Die Aufgaben müssen immer mit einem vollständigen, nachvollziehbaren Lösungsweg gelöst sein. „Nackte“
Resultate geben keine Punkte!
Achte auf die Einheiten! (Falsche Einheiten geben ½ Punkt Abzug.)
Resultate sind, falls nicht anders vermerkt, in den Grundeinheiten und sinnvoll gerundet anzugeben.
Viel Glück!!!
1) Die Punktladungen q 1 und q 2 seien auf der x-Achse an den Stellen x = −a und x = +a
fixiert. (a) In welchem Verhältnis zueinander müssen die beiden Ladungsbeträge stehen,
damit die resultierende elektrostatische Kraft auf eine Punktladung vom Betrag +Q an der
Stelle x = +a/2 null ist (b) Führe eine entsprechende Überlegung durch, falls sich die
Ladung +Q nun an der Stelle x = +3a/2 befindet. (4P)
2) Betrachte die in der Abbildung dargestellte Anordnung von
Punktladungen in Form eines Quadrats. Ermittle (a) die horizontale,
(b) die vertikale Komponente der resultierenden elektrostatischen
Kraft auf die Ladung in der linken unteren Ecke des Quadrats. q =
1,0 · 10 −7 C, a = 5,0 cm. (4P)
3) Die beiden Punktladungen q 1 = +1,0 ∙ 10 −6 C und q 2 = +3,0 ∙ 10 −6 C seien im Abstand d =
10 cm fixiert (s. Abb.). Trage den Verlauf E(x) des resultierenden elektrischen Felds als
Funktion von x für positive und negative Werte von x auf. Dabei sei der Betrag E positiv,
wenn der Vektor E nach rechts zeigt, anderenfalls negativ. (4P)
4) Die beiden Punktladungen q 1 = 2,1 ∙ 10 −8 C und q 2 = −4,0q 1 seien im Abstand von 50 cm
fixiert. In welchem Punkt einer Geraden, die durch beide Ladungen verläuft, ist das
resultierende elektrische Feld null (4P)
5) In einem RC-Kreis sei U = 12,0V, R = 1,40MΩ und C = 1,80 μF. (a) Berechne die
Zeitkonstante des Kreises. (b) Welche maximale Ladung erreicht der Kondensator
während des Ladevorgangs (c)Wie lange dauert es, bis diese Ladung 16,0 μC erreicht
(4P)

Test-Prüfung Nr.2
6Sa
Elektrostatik, Laden und
Entladen eines Kondensators
Punkte:
Name:
Note:
Die Aufgaben müssen immer mit einem vollständigen, nachvollziehbaren Lösungsweg gelöst sein. „Nackte“
Resultate geben keine Punkte!
Achte auf die Einheiten! (Falsche Einheiten geben ½ Punkt Abzug.)
Resultate sind, falls nicht anders vermerkt, in den Grundeinheiten und sinnvoll gerundet anzugeben.
Viel Glück!!!
1) An die Reihenschaltung eines Widerstands von 15,0 kΩ und eines Kondensators wird
plötzlich eine Potenzialdifferenz von 12,0V angelegt. Dabei wächst die Potenzialdifferenz
über den Kondensator innerhalb von 1,30 μs auf 5,00V. (a) Berechne die Zeitkonstante
des Kreises. (b) Welche Kapazität hat der Kondensator (4P)
2) Ermittle Richtung und Betrag des elektrischen Felds, das von der in der Abbildung
dargestellten Anordnung dreier Punktladungen im Punkt P erzeugt wird. (4P)
3) (a) Die beiden Punktladungen q 1 = −5q und q 2 = +2q seien im Abstand von d voneinander
fixiert (s. Abb.). Bestimme einen oder mehrere Punkte, wo das resultierende elektrische
Feld der beiden Ladungen verschwindet. (b) Skizziere qualitativ den Feldlinienverlauf des
resultierenden elektrischen Felds. (4P)
4) Zwei Teilchen mit jeweils der Ladung Q werden an zwei einander gegenüberliegenden
Ecken eines Quadrats fixiert, zwei Teilchen mit jeweils der Ladung q an den beiden
übrigen Ecken. (a) Seien die Ladungsbeträge so gewählt, dass die resultierende
elektrostatische Kraft auf jede der beiden Ladungen Q verschwindet. Drücke für diesen
Fall Q durch q aus. (b) Kann man einen Wert q so wählen, dass die resultierende Kraft auf
jedes der vier Teilchen null ist Erkläre.(4P)
5) Eine Ladung Q wird in die beiden Teile q und Q − q geteilt. Die beiden Ladungsteile
werden danach um eine bestimmte Strecke voneinander entfernt. Wie groß muss q sein
(ausgedrückt durch Q), damit die elektrostatische Abstoßung zwischen den beiden
Ladungsteilen maximal wird (4P)

Test-Prüfung Nr.3
6Sa
Elektrostatik, Laden und
Entladen eines Kondensators
Punkte:
Name:
Note:
Die Aufgaben müssen immer mit einem vollständigen, nachvollziehbaren Lösungsweg gelöst sein. „Nackte“
Resultate geben keine Punkte!
Achte auf die Einheiten! (Falsche Einheiten geben ½ Punkt Abzug.)
Resultate sind, falls nicht anders vermerkt, in den Grundeinheiten und sinnvoll gerundet anzugeben.
Viel Glück!!!
1) Ein Widerstand von 3,00MΩ und ein Kondensator der Kapazität 1,00 μF werden mit einer
idealen Batterie der Spannung U = 4,0V in Reihe geschaltet. Wie groß sind die zeitlichen
Raten, (a) mit der die Ladung des Kondensators zunimmt, (b) mit der Energie im
Kondensator gespeichert wird, (c) mit der elektrische Energie im Widerstand dissipiert
wird, (d) mit der die Batterie Energie liefert, zum Zeitpunkt 1,00 s nachdem der
Stromkreis geschlossen wurde (4P)
2) Der Kerndurchmesser eines Atoms Plutonium 239 mit der Kernladungszahl Z = 94 beträgt
6,64 fm. Nehmen wir an, die positive Ladung sei homogen über das Kernvolumen verteilt.
Welchen Betrag und welche Richtung hat das von dieser positiven Ladung an der
Oberfläche des Kerns erzeugte elektrische Feld (4P)
3) Zwei Teilchen sind betragsgleich (2,0 ∙ 10 −7 C), aber entgegengesetzt geladen und im
Abstand von 15 cm voneinander fixiert. Ermittle Betrag und Richtung des elektrischen
Felds E im Mittelpunkt der Verbindungslinie beider Ladungen. (4P)
4) Wie in der Abbildung dargestellt seien drei geladene Teilchen in den Abständen d auf
einer Linie angeordnet. Die Ladungen q 1 und q 2 seien ortsfest. Die Ladung q 3 sei frei
beweglich, befinde sich aber im Kräftegleichgewicht (d. h., die auf q 3 wirkende,
resultierende elektrostatische Kraft sei null).Drücke q 1 durch q 2 aus. (4P)
5) Die Abbildung zeigt zwei kleine, leitende Kugeln mit identischer Masse
m und identischer Ladung q, die an isolierenden Fäden der Länge L
hängen. Nimm den Winkel θ als hinreichend klein an, so dass man tan θ
durch sin θ annähern kann. (a) Zeige, dass im Gleichgewicht gilt:
Dabei bezeichne x den Abstand zwischen den Kugeln. (b) Berechne q
für L = 120 cm, m = 10 g und x = 5,0 cm. (4P)