k p.huber@physik.uni-saarland.de

(1)

UNI VE R S I TA S

S AR

A V I E NSI S

PD Dr. Patrick Huber Bau E2

6

Zi. 3.23 T +49 (681) 302 3944 v +49 (681) 302 4676

k p.huber@physik.uni-saarland.de

Elementare Einf¨ uhrung in die Physik II – SS 2009 –

7. ¨ Ubung – 10. Juni 2009

Aufgabe 25: Plattenkondensator

An einem Plattenkondensator mit der Plattenfl¨ ache A = 500 cm

²

und dem Plattenabstand d = 4 mm im Vakuum wird die Spannung U = 400 V angelegt.

a) Welche Ladung Q nimmt der Kondensator auf?

b) Welche Feldst¨ arke E hat das elektrische Feld im Kondensator?

c) Wie ¨ andern sich Ladung und Feldst¨ arke, wenn der Plattenabstand bei Beibehaltung der Verbindung zur Spannungsquelle auf 6 mm vergr¨ oßert wird?

d) Wie ¨ andern sich Ladung, Feldst¨ arke und Spannung, wenn die Vergr¨ oßerung des Plattenab- standes auf 6 mm nach Abklemmen der Spannungsquelle erfolgt?

Aufgabe 26: Dielektrische Fl¨ ussigkeit im Kondensator

Ein Plattenkondensator (Plattenabstand d, Plattenfl¨ ache A) werde mit einer Spannungsquelle mit der Spannung U aufgeladen. Danach wird die Spannungsquelle abgekoppelt. Taucht man nun den geladenen Kondensator teilweise in eine dielektrische Fl¨ ussigkeit (Dielektrizit¨ atskonstante

_r

), so wird die Fl¨ ussigkeit ein St¨ uck weit in den Kondensator hineingezogen (also ¨ uber den Fl¨ ussigkeits- spiegel angehoben). Begr¨ unden Sie, wie es zu diesem Ph¨ anomen kommt? Gehen Sie dabei wie folgt vor:

a) Berechnen Sie Kapazit¨ at, Ladung und Energie des leeren Kondensators!

b) Berechnen Sie Kapazit¨ at, Ladung und Energie des komplett mit dem Dielektrikum gef¨ ullten Kondensator!

c) Vergleichen Sie die beiden F¨ alle a) und b) und ¨ uberlegen Sie sich, warum die Fl¨ ussigkeit entgegen der Gravitation ¨ uber ihren Fl¨ ussigkeitsspiegel angehoben werden kann!

d) Wie lange kann dieser Prozess stattfinden?

(2)

Aufgabe 27: Kapazit¨ aten

U

e

₁

e

₂

Der Zwischenraum zwischen den Platten eines Kondensators sei mit zwei unterschiedlichen Dielek- trika (

₁

,

₂

) ausgef¨ ullt. Der Abstand der beiden Platten sei d, ihre Fl¨ ache A.

a) Berechnen Sie das elektrische Feld E im linken (E

₁

) und rechten (E

₂

) Teil der Anordnung.

b) Berechnen Sie die Potentialdifferenz U zwischen den beiden Platten.

c) Bestimmen Sie die Kapazit¨ at C des Kondensators.

d) Vergleichen Sie die Kapazit¨ at mit der einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren, die jeweils den Plattenabstand

^d₂

, die Fl¨ ache A besitzen und mit Dielektrika

1

,

2

gef¨ ullt sind.

e) Betrachten Sie zur Kontrolle der Ergebnisse den Grenzfall

₁

=

₂

= 1.

Aufgabe 28: Vermessen

Ein Landvermesser benutzt einen Magnetkompass, w¨ ahremd er 6, 1 m unter einer Hochspannungs- leitung steht, in der ein konstanter Strom von 100 A fließt.

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PD Dr. Patrick Huber Bau E2

Zi. 3.23 T +49 (681) 302 3944 v +49 (681) 302 4676

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Elementare Einf¨ uhrung in die Physik II – SS 2009 –

7. ¨ Ubung – 10. Juni 2009

Aufgabe 25: Plattenkondensator

An einem Plattenkondensator mit der Plattenfl¨ ache A = 500 cm

und dem Plattenabstand d = 4 mm im Vakuum wird die Spannung U = 400 V angelegt.

a) Welche Ladung Q nimmt der Kondensator auf?

b) Welche Feldst¨ arke E hat das elektrische Feld im Kondensator?

c) Wie ¨ andern sich Ladung und Feldst¨ arke, wenn der Plattenabstand bei Beibehaltung der Verbindung zur Spannungsquelle auf 6 mm vergr¨ oßert wird?

d) Wie ¨ andern sich Ladung, Feldst¨ arke und Spannung, wenn die Vergr¨ oßerung des Plattenab- standes auf 6 mm nach Abklemmen der Spannungsquelle erfolgt?

Aufgabe 26: Dielektrische Fl¨ ussigkeit im Kondensator

Ein Plattenkondensator (Plattenabstand d, Plattenfl¨ ache A) werde mit einer Spannungsquelle mit der Spannung U aufgeladen. Danach wird die Spannungsquelle abgekoppelt. Taucht man nun den geladenen Kondensator teilweise in eine dielektrische Fl¨ ussigkeit (Dielektrizit¨ atskonstante

), so wird die Fl¨ ussigkeit ein St¨ uck weit in den Kondensator hineingezogen (also ¨ uber den Fl¨ ussigkeits- spiegel angehoben). Begr¨ unden Sie, wie es zu diesem Ph¨ anomen kommt? Gehen Sie dabei wie folgt vor:

a) Berechnen Sie Kapazit¨ at, Ladung und Energie des leeren Kondensators!

b) Berechnen Sie Kapazit¨ at, Ladung und Energie des komplett mit dem Dielektrikum gef¨ ullten Kondensator!

c) Vergleichen Sie die beiden F¨ alle a) und b) und ¨ uberlegen Sie sich, warum die Fl¨ ussigkeit entgegen der Gravitation ¨ uber ihren Fl¨ ussigkeitsspiegel angehoben werden kann!

d) Wie lange kann dieser Prozess stattfinden?

Aufgabe 27: Kapazit¨ aten

U

e

e

Der Zwischenraum zwischen den Platten eines Kondensators sei mit zwei unterschiedlichen Dielek- trika (

,

) ausgef¨ ullt. Der Abstand der beiden Platten sei d, ihre Fl¨ ache A.

a) Berechnen Sie das elektrische Feld E im linken (E

) und rechten (E

) Teil der Anordnung.

b) Berechnen Sie die Potentialdifferenz U zwischen den beiden Platten.

c) Bestimmen Sie die Kapazit¨ at C des Kondensators.

d) Vergleichen Sie die Kapazit¨ at mit der einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren, die jeweils den Plattenabstand

, die Fl¨ ache A besitzen und mit Dielektrika

,

gef¨ ullt sind.

e) Betrachten Sie zur Kontrolle der Ergebnisse den Grenzfall

=

= 1.

Aufgabe 28: Vermessen

Ein Landvermesser benutzt einen Magnetkompass, w¨ ahremd er 6, 1 m unter einer Hochspannungs- leitung steht, in der ein konstanter Strom von 100 A fließt.

a) Wie groß ist das Magnetfeld aufgrund des Stromes am Ort des Kompasses?

b) Wird dieses Feld die Kompassanzeige merklich st¨ oren?

Die horizontale Komponente des Erdmagnetfeldes an der Stelle betr¨ agt 20 µ T.

Besprechung in den ¨ Ubungen der Woche vom 22.06.2009 zum 26.06.2009

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