Übungen zur Physik für Chemiker II

Aufgaben zur 1. Übung am 16.04.12

R. Mitdank;  M. Gensler;  S. Buchholz

Coulombkraft und Ladungen im elektrischen Feld

1.   Kräfte zwischen Ladungen I

Auf zwei Graphitkugeln befinden sich gleich große negative Ladungen. Die Kugeln haben die Masse von je 1g und sind an 10cm langen Fäden aufgehängt, die nach dem Aufbringen der Ladungen einen Winkel von 60° einschließen.

a) Welche elektrostatische Kraft wirkt zwischen beiden Kugeln?

b) Wie viele Elektronen wurden auf jede Kugel gebracht?

c) Wie groß ist das Verhältnis von Elektronen zu Protonen in jeder Kugel?

2.    Kräfte zwischen Ladungen II

Drei gleichgroße gleichnamige Ladungen q sind so zueinander angeordnet, dass sie sich auf den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks befinden. Welche Ladung entgegengesetzten Vorzeichens muss man in das Zentrum dieses Dreiecks setzen, damit die resultierende Kraft, die auf jede Ladung wirkt, gleich Null ist?

3.  Bewegung eines Elektrons im elektrischen Feld

Zwischen zwei planparallelen Platten, die im Abstand d horizontal angeordnet sind, besteht  ein

elektrisches  Feld von 10 kV/m. Die obere Platte ist positiv geladen. In dieses Feld wird unter

einem Winkel von 30° zur Horizontalen durch ein kleines Loch in der unteren Platte ein Elektron

mit einer Anfangsenergie von 100eV injiziert. Das Elektron erreicht die obere Platte bei einem

horizontalen Abstand von 20 mm zum Injektionspunkt. Man berechne

a) die Flugzeit des Elektrons

b) den Plattenabstand d

c) die Endgeschwindigkeit des Elektrons

d) die Energie (in Elektronenvolt eV), die das Elektron beim Stoß an die obere Platte abgibt.

4.  Kondensatorpendel

Zwischen den lotrecht aufgestellten Platten eines Plattenkondensators (Spannung U = 100V , Plattenabstand d₁ = 10cm ) hängt eine kleine geladene Kugel ( Masse m = 4,0 g , Ladung

Q’ = 4,0 µC ) an einem gut isolierenden Seidenfaden. (Der Plattenkondensator erzeugt ein Feld U/d). Berechnen Sie die Auslenkung  a des Pendels.