Eine positiv geladene Kugel mit der Ladung $q = 10 \text{ nC}$ befindet sich in einem homogenen elektrischen Feld der
Stärke $E = 10 \text{ kN/C}$.
a) Berechnen Sie den Betrag der auf die Kugel wirkenden Kraft.
b) Bestimmen Sie die Ladung, wenn die Kugel eine Kraft von 10 µN erfährt.
Ein Kügelchen $(m = 50 \text{ g})$ trägt die Ladung $q = 10 \text{ nC}$ und hängt an einem Faden der Länge $l = 1 \text{ m}$. Das Kügelchen
befindet sich im homogenen Feld eines Plattenkondensators mit dem Plattenabstand $d = 10 \text{ cm}$. Zwischen den Kondensatorplatten
liegt eine Spannung von $U = 150 \text{ V}$ an.
a) Bestimmen Sie die Stärke des homogenen elektrischen Feldes.
b) Berechnen Sie den Ausschlag der Kugel.
Ein elektrisches Gewitterfeld mit der Stärke 3,2 MN/C verlaufe vertikal nach unten. Ein Regentröpfchen von 1 mm Radius sei negativ geladen. Wie viele Elektronen muss es an Überschuss tragen, damit an ihm die elektrische Feldkraft der Gewichtskraft das Gleichgewicht hält?
Zwischen zwei Kondensatorplatten im Abstand von $d = 2 \text{ cm}$ liegt die Spannung $U = 1 \text{ kV}$ an. Geben Sie die Stärke des
elektrischen Feldes und die Kraft auf eine Probeladung $q = 10 \text{ nC}$ an.
Berechnen Sie die umgesetzte Energie, wenn die Probeladung von der einen zur anderen Kondensatorplatte transportiert wird.
Ein Wattestück hat die Masse $m = 0,01 \text{ g}$ und die Ladung $q = 0,10 \text{ nC}$. Welche Geschwindigkeit würde es
erreichen, wenn es im Vakuum die Spannung $U = 100 \text{ kV}$ durchliefe?
Wie groß müsste die Spannung zwischen zwei waagerechten Kondensatorplatten mit einem Abstand $d = 20 \text{ cm}$ sein,
damit das Wattestück darin schwebt?
Zwei Ladungen $Q_1$ und $Q_2$ befinden sich in einem Abstand von $10 \text{ cm}$ voneinander.
Es seien $Q_1 = 5 \text{ nC}$ und $Q_2 = 10 \text{ nC}$.
a) Berechnen Sie die Kraft, die auf eine Probeladung $q = 1 \text{ nC}$ in der Mitte zwischen den Ladungen wirkt.
b) Bestimmen Sie die Position der Probeladung, an der keine Kraft auf sie wirkt.
c) Skizzieren Sie aufgrund ihrer Ergebnisse das elektrische Feld.
In einer Vakuumröhre befinden sich zwei parallele und ebene Metallplatten mit dem Flächeninhalt $A = 10 \text{ cm}^2$ in einem Abstand von $d = 2 \text{ cm}$ voneinander.
An den Platten liegt eine Spannung von $U = 300 \text{ V}$ an.
a) Bestimmen Sie die Feldstärke des Feldes zwischen den Platten.
b) Berechnen Sie die Kraft, die auf ein zwischen den Platten befindliches Elektron wirkt.
c) Geben Sie den Energiebetrag an, den ein Elektron gewinnt, wenn es sich von der negativen zur positiven Platte bewegt.
d) Leiten Sie eine Gleichung für die Auftreffgeschwindigkeit des Elektrons auf die positive Platte her und berechnen Sie damit die Geschwindigkeit des
Elektrons. Führen Sie eine Einheitenkontrolle durch.
e) Berechnen Sie den Energieinhalt des elektrischen Feldes zwischen den Platten.
f) Beschreiben Sie stichwortartig ein Vorgehen, um die Ladungsmenge auf den Kondensatorplatten zu berechnen.
a) Ein Proton hat einen Radius von ca. $8,41 \cdot 10^{-16} \text{ m}$. Berechnen Sie die Kraft, die zwischen zwei sich berührenden Protonen wirkt.
b) Zwischen dem positiven Kern von Wasserstoff (einem Proton) und dem Elektron auf der K-Schale wirkt die Coulombkraft $F_C = 8,246 \cdot 10^{-8} \text{ N}$. Bestimmen Sie den Abstand von Elektron und Proton (den sog. Bohrschen Radius).
c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit, mit der sich ein Elektron in einem Abstand von $5,29 \cdot 10^{-11} \text{ m}$ um den Kern bewegt.
a) Beschreiben Sie einen Prozess, mit dem freie Elektronen erzeugt werden können.
Die erzeugten Elektronen werden durch eine Spannung von $2 \text{ kV}$ beschleunigt.
b) Berechnen Sie die mittlere Geschwindigkeit, die die Elektronen nach der Beschleunigung aufweisen.
Mit dieser Geschwindigkeit treten sie parallel zu den Platten in ein homogenes elektrisches Feld eines Plattenkondensators ein. An den Platten liegt eine Spannung von $400 \text{ V}$ an; ihr Abstand beträgt $2 \text{ cm}$.
c) Welche Art von Kräften wirken auf die Elektronen (besser: auf ein Elektron)? Geben Sie die Beträge an.
d) Skizzieren Sie die Bewegungsbahn des Elektrons im elektrischen Feld des Plattenkondensators.
Angenommen, der Plattenkondensator habe eine Länge von $5 \text{ cm}$.
e) Mit welcher Ablenkung aus der waagerechten Linie treten die Elektronen aus dem Kondensator wieder aus?
f) Welche Spannung darf an den Platten höchstens anliegen, damit die Elektronen gerade noch aus dem Kondensator austreten können, wenn sie mittig in ihn eintreten?