Klassische Experimentalphysik II Übungsblatt 8 SS 2018

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Klassische Experimentalphysik II Übungsblatt 8 SS 2018

Heften Sie die Blätter zur Abgabe zusammen und tragen Sie auf jedem Blatt den Nachnamen Ihres Tutors und Ihre Namen ein. Auf das erste Blatt schreiben Sie bitte die kompletten Namen und den Buchstaben Ihres Tutoriums. Rechnen Sie die Aufgaben maximal zu dritt.

Abgabe bis Mo, 11. Juni, 11:15 Uhr im Erdgeschoss von Geb. 30.23 (Physikhochhaus) Besprechung Mi, 13. Juni im Tutorium

1. RC-Kreis 1 (5 Punkte)

Im dem gegebenen RC-Kreis sei der Kondensator anfangs ungeladen und zum Zeitpunktt= 0werde der SchalterS geschlossen. Bestimmen Sie jeweils als Funktion der Zeit:

a) die Leistung, die die Spannungsquelle abgibt;

b) die Leistung, die im Widerstand in Wärme umgewandelt wird;

c) die im Kondensator gespeicherte Energie;

d) Zeichnen Sie die Ergebnisse aus a), b) und c) in das gleiche Diagramm (in Abhängigkeit von der Zeit).

e) Bestimmen Sie, als Funktion von Spannung U und Wider- standR, die maximale Änderung der im Kondensator gespei- cherten Energie. Wann tritt das Maximum auf?

U

R – C

+ S

2. Volt- und Amperemeter (4 Punkte)

In der Abbildung sind zwei Methoden gezeigt, wie man mit einem Voltmeter und einem Amperemeter den Wert eines unbekannten WiderstandsR bestimmen kann. Nehmen Sie an, dass der Innenwiderstand der Spannungsquelle vernachlässigbar sei. Ferner sei der Innenwiderstand des Voltmeters tausendmal so groÿ wie der des Amperemeters:R_V = 1000·R_A. Der Wert des WiderstandsR berechnet sich dann zu Rb=U/I, wobei U undI die Werte sind, die das Voltmeter und das Amperemeter anzeigen.

a) Welche der beiden Schaltungsmöglichkeiten ist günstiger, wennRim Bereich zwischen10RAund0,9RV liegt? Warum?

Es seiRA= 0,1 ΩundRV = 100 Ω. Bestimmen Sie für beide SchaltungenRb für:R= 0,5 Ω,R= 3 ΩundR= 80 Ω. b) Zeigen Sie, dass für den wahren Wert des Widerstands Rbei

Schaltung (i) gilt:1/Rb= 1/R+1/RV und dass bei Schaltung (ii) gilt: Rb =R+RA. Es sei U = 1,5V, RA = 0,01 Ω und RV = 10kΩ. Geben Sie den Bereich von R an, in dem der Messfehler kleiner als 5% ist, jeweils für Schaltung (i) und Schaltung (ii).

U ^{– R U}

+

I

U ^{– R U}

+

I

(i)

(ii)

1

3. Die Wheatstonesche Brücke (3 Punkte) Die abgebildete Wheatstonesche Brücke sei ausgeglichen, wennR0 = 200 Ωist und der Kontaktabei 98 cm steht.

a) Welchen Wert hat der unbekannte WiderstandR_x?

b) Welche Auswirkung hat ein Ablesefehler von 2 mm auf den ermittelten Widerstandswert?

c) Wie müÿte manR₀ verändern, damit der Kontaktaim aus- geglichenen Zustand näher bei 50 cm liegt?

U ^– +

R₁

R₂ R₀

R_x I

I₁ I₂

100 cm 0 cm

b a

4. RC-Kreis 2 (3 Punkte)

Berechnen Sie für den abgebildeten RC-Kreis:

a) Den Anfangsstrom, den die Spannungsquelle lie- fert, sofort nachdem der Schalter S geschlossen wird.

b) Die Stromstärke, lange Zeit nach dem Schlieÿen des Schalters.

c) Die maximale Spannung über dem Kondensator.

120 V _2,5

μF

– +

S

0,6 MΩ

1,2 MΩ

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