Ubungen Physik, FF2 ¨ SS 2015
Teil 5, 1. ¨ Ubungsstunde
5.1.1. Was passiert, wenn man einen Stabmagneten, der einen Nord- und einen S¨ udpol hat, genau in der Mitte seiner L¨ ange durchtrennt.
a) Beide Teile haben ihre magnetische Kraft verloren.
b) Man hat einen Nordpol und einen S¨ udpol.
c) Man hat wieder zwei Magnete mit je einem Nordpol und einem S¨ udpol.
5.1.2. a) Wie ist die Lorentzkraft gegeben? (beide Formeln und Erkl¨ arung) b) Bestimmen Sie f¨ ur die vier Abbildungen jeweils die gesuchten Gr¨ oßen!
(Das Magnetfeld ist gr¨ un, die Bewegungsrichtung gelb, positive Teilchen sind rot, negative Teilchen blau.)
Ladungsvorzeichen? Lorentzkraft? Lorentzkraft? Lorentzkraft?
5.1.3. Im homogenen Feld eines Hufeisenmagneten h¨ angt eine Leiterschaukel, durch die ein Strom fließen kann.
Zeichnen Sie jeweils das Magnetfeld B, die Stromst¨ arke I und die Lorentzkraft F L als Pfeile ein und erg¨ anzen Sie die Polung des Stromes bzw.
des Magneten!
5.1.4. Welcher Strom muß durch ein 50 cm langes Drahtst¨ uck fließen, damit es in einem Feld von 0,10 T die Kraft von 100 mN erf¨ ahrt, wenn I und B die Winkel
a) α = 90 ◦ , b) α = 60 ◦ , c) α = 45 ◦ einschließen?
5.1.5. Elektronen und Protonen werden jeweils mit der Spannung U = 1000 V beschleunigt und fliegen danach von links kommend in ein homogenes Magnetfeld (B = 20 mT), das aus der Papierebene heraus zeigt.
a) In welche Richtung zeigt die auf die Teilchen wirkende Lorentzkraft F L ? b) Wie ver¨ andert sich dadurch die Bahn der Teilchen?
c) Wie groß ist die Lorentzkraft F L in beiden F¨ allen?
5.1.6. Protonen werden in einem homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mit der Spannung U = 20 kV beschleunigt und dann durch ein senkrecht zur Flugrichtung gerichtetes Magnetfeld mit der Flussdichte B = 0, 2 T auf eine Kreisbahn gelenkt. Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn!
5.1.7. Elektronen werden mit der Geschwindigkeit v = const in ein Magnetfeld B = 10 T geschossen. v und B stehen normal zu einander. Die Elektronen werden auf eine Kreisbahn mit dem Radius r = 5 m abgelenkt.
a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der Elektronen!
b) Wie groß ist die kinetische Energie der Elektronen? (Antwort in Joule und eV) 5.1.8. Eine Ladung Q = −2 C ruht im Feld. Die gestrichelte Fl¨ ache betr¨ agt A = 0, 05 m 2 .
a) Berechnen Sie die Feldst¨ arke! (Tipp: verwenden Sie den Fluss!)
b) Bestimmen Sie Gr¨ oße und Richtung der Kraft auf die Ladung im elektrischen und im magnetischen Feld!
5.1.9. Zwei Ladungen +2 C (weiß) und −2 C (schwarz) mit dem festen Abstand d = 3 cm befinden sich im Feld. Die gestrichelte Fl¨ ache betr¨ agt A = 0, 05 m 2 . Die Verbindungslinie zwischen den Ladungen bildet mit dem Feld einen Winkel von β = 120 ◦ .
a) Wie nennt man dieses Ladungspaar?
b) Das Ladungspaar wird durch einen Vektor dargestellt. Bestimmen Sie den Vektor!
c) Welche Bewegung f¨ uhrt das Ladungspaar im elektrischen und im magnetischen Feld aus?
5.1.10. Die Leiterschleife (Fl¨ ache A = 200 cm 2 ) mit Umlaufstrom I = 3 A befindet sich in einem magnetischen Feld B = 4 T. Der Winkel zwischen Fl¨ ache und Feldvektor betr¨ agt β = 120 ◦ . a) Was wird durch diese Fl¨ ache mit einem Umlaufstrom gebildet?
b) Bestimmen Sie den Vektor, durch den diese Fl¨ ache mit Umlaufstrom dargestellt wird!
c) Welche Bewegung f¨ uhrt die Schleife im magnetischen Feld aus?
ε 0 = 8, 854 · 10 −12 C Jm
22, 4πε 1
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