Übungen zur Physik für Chemiker II

R. Mitdank;  M. Gensler;  S. Buchholz

Aufgaben zur 2. Übung am 23.04.12

Feld und Potential von Ladungsverteilungen

5.   Dipolmoment von H₂O

Ein Wassermolekül habe sein Sauerstoffatom im Koordinatenursprung, den einen Wasserstoffkern bei x₁ = 0,077 nm, y₁ = 0,058 nm, den anderen bei x₂ = -x₁ und y₂ = -y₁. Wie groß ist das Dipolmoment des Wassermoleküls, wenn die Wasserstoffelektronen vollständig zum Sauerstoffatom übertragen wurden, so dass es eine Ladung von –2e besitzt?

6.   Feld einer geladenen Kugelfläche

Ein kugelförmiger Luftballon trägt eine Gesamtladung Q, die homogen auf seiner Oberfläche verteilt ist. Der Ballon hat zum Zeitpunkt t = 0 den Radius r_o, wird dann langsam aufgeblasen, so dass r innerhalb einer Zeitspanne T linear auf 2r₀ anwächst. Bestimmen Sie das elektrische Feld als Funktion der Zeit

a) unmittelbar über der Ballonoberfläche

b) bei r = 4r_o.

7.  Bindungsenergie

Das K⁺- und Cl^- - Ion haben im KCl einen Abstand von 2,80^.10^-10 m. Berechnen Sie die Energie (in eV), die aufgewendet werden muss, um die beiden Ionen bis zu einem unendlichen Abstand zu trennen. Die als punktförmig angenommenen Ionen seien anfangs in Ruhe.

8.  Wasserstoffmolekül

Betrachtet wird ein einfaches Modell für ein Wasserstoffmolekül: Zwei positive Punktladungen mit jeweils einer Ladung +e befinden sich innerhalb einer Kugel vom Radius r, die eine in ihrem Volumen homogen verteilte Ladung –2e aufweist. Die zwei Punktladungen sind symmetrisch zum Mittelpunkt der Kugel angeordnet. Bestimmen Sie ihren Abstand a vom Kugelmittelpunkt, bei dem die resultierende Kraft auf jede der beiden Ladungen gleich null ist.