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c) Berechnen Sie den Betrag der elektrischen Feldstärke E. d) Berechnen Sie den Geschwindigkeitsbetrag |v| und den Ablenkwinkel b der Ionen beim Durchfliegen der Blende B 2. Aufgabe 58 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren) a) Kondensatoren sind in vielen Bereichen der Technik unentbehrliche Bauelemente. Erläutern Sie ein Beispiel für die Anwendung von Kondensatoren. b) Nennen Sie die Definition des Begriffes "Elektrisches Feld" und stellen Sie den Zusammenhang zur Größe "Elektrische Feldstärke" her. c) Ein Plattenkondensator (Plattenabstand 4, 00 mm; Plattenfläche 520 cm 2; Dielektrikum Luft) wird bei einer Ladespannung von 2000 V aufgeladen und nach dem Ladevorgang wieder von der Spannungsquelle getrennt. Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators sowie den Betrag der Ladung. d) In den Innenraum wird nun eine 4, 00 mm dicke Glasplatte geschoben. In welcher Weise ändert sich dadurch die Kapazität? Begründen Sie Ihre Aussage. (e r = 5) e) Berechnen Sie die Kapazität jeweils für den Fall, dass die Glasplatte den Innenraum vollständig bzw. genau zur Hälfte ausfüllt.
Zeigen Sie, dass diese Spannung 4, 5 kV beträgt. b) Für die Flugbahn der Elektronen vom Ort Q aus ergibt sich folgende Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Flugzeit: t in 10 -9 s 0 1, 0 3, 0 5, 0 6, 0 7, 0 10, 0 v in 10 7 s 0, 8 2, 4 4, 0 2, 9 13, 0 17, 0 18, 5 21, 0 26, 0 30, 0 31, 0 1, 9 0, 5 -0, 9 -2, 7 -4, 0 Zeichnen Sie ein v(t)-Diagramm und interpretieren Sie es. Nehmen Sie dazu Bezug auf die Versuchsanordnung. c) Im folgenden Teilversuch wird die Blackbox gleichzeitig von einem elektrischen und einem magnetischen Feld durchsetzt. Die Ausrichtung und Stärke beider Felder sind so eingestellt, dass die Elektronen an der Stelle S mit der Eintrittsgeschwindigkeit ankommen. Beschreiben Sie, wie die Felder orientiert sind. d) Das elektrische Feld in der Blackbox wird durch eine Spannung von 1, 5 kV erzeugt. Berechne Sie die elektrische Feldstärke und die magnetische Flussdichte. e) Die Elektronen sollen nun die Blackbox durch die Öffnung T verlassen. Das kann sowohl durch ein elektrisches Feld oder durch ein magnetisches Feld erreicht werden.
f) Welche weiteren Möglichkeiten gäbe es, die Kapazität des Kondensators zu vergrößern? Begründen Sie jeweils Ihre Aussage. g) Die im Kondensator gespeicherte Energie sei nach einer gewissen Zeit auf ein Viertel ihres Ausgangswertes gesunken. Welche Ladung befindet sich zu diesem Zeitpunkt noch auf dem Kondensator? Aufgabe 73 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft) Elektronen treten mit der Geschwindigkeit 2, 0*10 5 m/s in ein homogenes elektrisches Feld ein und durchlaufen es auf einer Strecke von s = 20 cm. Die Polung der Platten bewirkt, dass die Elektronen beschleunigt werden. Am Ende der Beschleunigungsstrecke sollen die Elektronen eine Geschwindigkeit von 8, 0*10 6 m/s haben. Anschließend treten die Elektronen senkrecht zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld ein, in der sie um Alpha = 25° zu ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden sollen. Das Magnetfeld ist b = 3, 0 cm breit. a) Wie groß ist die elektrische Feldstärke des Feldes im Kondensator? b) Wie groß muss die magnetische Flussdichte sein?
Aufgabe 1047 (Elektrizitätslehre, Ladungen) Ein Elektron tritt parallel zu den Feldlinien in ein homogenes elektrisches Feld eines Plattenkondensators ein, der Plattenabstand d beträgt 10, 0 cm, die anliegende Spannung 5, 00 V. Die maximale Entfernung des Elektrons von der positiven Platte beträgt s = 2, 30cm. Wie groß ist die Geschwindigkeit, die das Elektron im Moment des Eintritts in das Feld hat. Aufgabe 1223 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld) (LK 2008 Baden-Württemberg) In der in der Abbildung dargestellten Versuchsanordnung befindet sich im Punkt Q eine Elektronenquelle. Die Elektronen treten im Punkt R mit einer Geschwindigkeit von 4, 0 × 10 7 m/s längs der x-Achse in einen "Black-Box-Würfel" ein. Innerhalb des Würfels können homogene elektrische und magnetische Felder erzeugt werden, deren Feldlinien in den folgenden Versuchen jeweils parallel zu den Kanten des Würfels verlaufen. Der Versuchsaufbau befindet sich im Vakuum. a) Die Elektronen werden durch eine Spannung aus der Ruhe heraus auf die angegebene Geschwindigkeit beschleunigt.
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