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Das elektrische Feld
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Das elektrische Feld

Frage

Wie lässt sich recht einfach ein homogenes elektrisches Feld erzeugen?

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Mithilfe einer Spule durch welche Strom fließt

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Frage

Die Kapazität eines Kondensators ist abhängig von...

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...dem Abstand der Platten

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Frage

Berechne die elektrische Feldstärke des Feldes zwischen zwei Kondensatorplatten mit einem Abstand von d=2cm und einer Spannungsdifferenz von 230V. Gib das Ergebnis in kN/C an.

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11,5 kN/C

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Berechne die Kraft, die in einem elektrischen Feld von 10kN/C auf eine Probeladung von 1mC wirkt.

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F=10N

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Frage

Gegeben sei ein Plattenkondensator mit einem Plattenabstand von 2cm. Zwischen den Platten wird eine Spannung von 100V gemessen. Wie groß ist die Energie, die aufgebracht werden muss, um eine Ladung von 2mC von der negativen zur positiven Platte zu bringen?

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W=0,2J

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Frage

An einem Kondensator mit variablem Plattenabstand sollen Versuche in einem elektrischen Feld von 8kN/C gemacht werden. Die angelegte Spannung sei 1kV. Wie muss der Plattenabstand gewählt werden, damit die gewünschte Feldstärke vorliegt?

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d=12,5cm

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Wenn eine punktförmige Ladung vorliegt, entsteht ein elektrisches Feld. In welche Richtung zeigen die Feldlinien des elektrischen Feldes?

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Bei einer positiven Punktladung zeigt das, durch diese Ladung entstehende, elektrische Feld von der Punktladung weg.


Bei einer negativen Punktladung zeigt das, durch diese Ladung entstehende, elektrische Feld auf die Punktladung zu. 


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Wie weit dehnt sich das elektrische Feld einer punktförmigen Ladung im Vakuum aus?

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Wie bei allen elektrischen Feldern ist die theoretische Reichweite des Feldes unendlich groß. Allerdings nimmt die Stärke des Feldes quadratisch mit dem Abstand zur Quelle des Feldes (der Ladung) ab.

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Was kennzeichnet ein homogenes elektrisches Feld? 
Nenne ein Beispiel für ein homogenes elektrisches Feld!

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Ein homogenes elektrisches Feld hat an allen Punkten im Raum:

  • die gleiche Richtung 
  • die gleiche Feldstärke

Folglich ist ein elektrisches Feld an einem Punkt im Raum identisch zu dem Feld an einem anderen Punkt des Raumes.
Dieser Raum muss dabei nicht besonders groß sein. Zum Beispiel ist bei einem Plattenkondensator das Feld nur im Raum zwischen den Platten (mit etwas Abstand zu den Rändern der Platten) als homogen anzusehen.

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Frage

Ein Elektron wird in einer Elektronenkanone mit einer Beschleunigungsspannung von 2 kV beschleunigt. Welche Geschwindigkeit hat das Elektron danach?

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Das Elektron hat nach dem Beschleunigungsvorgang eine Geschwindigkeit von ca 26.524.103 Metern pro Sekunde.

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Frage

Wie verhält sich die Coulombkraft (die Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen) im Bezug auf die Größe der Ladungen und der Größe des Abstandes der beiden Ladungen?

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Es ergeben sich folgende Proportionalitäten: 

  • Die Coulombkraft ist proportional zu der Größe der beiden Ladungen.
  • Die Coulombkraft ist umgekehrt quadratisch proportional zum Abstand der beiden Ladungen.

Das heißt: Je größer die Ladungen, desto größer die Coulombkraft und desto größer der Abstand der Ladungen, desto kleiner die Coulombkraft.

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An einem Plattenkondensator im Vakuum wurde eine Spannung von 1 kV angelegt. Danach befindet sich auf den Platten des Kondensators eine Ladung von 0,001 C. Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators!

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Der Kondensator hat eine Kapazität von 1 mirko Farad.

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Bei einem Plattenkondensator wird beim Aufladeprozess Energie gespeichert. Erkläre in welcher Form die Energie dabei im Kondensator gespeichert ist.

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Dass ein Kondensator Energie speichert wird klar, wenn man bedenkt, dass beim Aufladeprozess eine elektrische Spannung an dem Kondensator angelegt wird. Elektrische Spannung entsteht durch die differenz von potentieller elektrischer Energie an zwei unterschiedlichen Punkten. Der Aufladeprozess verbraucht also Energie. Folglich muss diese Energie - wegen der Energieerhaltung - in dem Kondensator gespeichert sein.
Zwischen den Flächen des Plattenkondensators baut sich - durch die auf den Platten befindliche Ladung - ein elektrisches Feld auf. Da beim Aufbau dieses elektrischen Feldes Energie verbraucht wird, ist die im Kondensator gespeicherte Energie in dem elektrischen Feld des Kondensators gespeichert.

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Betrachte das elektrische Feld einer frei aufgestellten Kugel mit der Ladung Q. Beschreibe, welche Proportionalität zwischen der elektrischen Feldstärke E und dem Radius r besteht.

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Die elektrische Feldstärke E ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Radius r.

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Fülle die Lücken aus:


Das ____ Feld einer Punktladung ist ____-symmetrisch. Die elektrische Feldstärke E ist umgekehrt ____ zum Quadrat des ____. Nach außen hin wird die elektrische Feldstärke also ____. Ist die Punktladung ____, so sind die Vektoren nach außen hin gerichtet. Ist die Punktladung ____, sind die Vektoren zum Mittelpunkt gerichtet.

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Das elektrische Feld einer Punktladung ist radial-symmetrisch. Die elektrische Feldstärke E ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Radius. Nach außen hin wird die elektrische Feldstärke also kleiner. Ist die Punktladung positiv, so sind die Vektoren nach außen hin gerichtet. Ist die Punktladung negativ, sind die Vektoren zum Mittelpunkt gerichtet.

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Im Radialfeld einer punktförmigen Ladung wird eine Kraft auf eine zweite Ladung ausgeübt. Welches Gesetz beschreibt diesen Vorgang?

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Coulomb'sches Gesetz

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Das Coulomb'sche Gesetz beschreibt die Kraft des Radialfeldes einer Punktladung auf eine zweite Punktladung. Wie ändert sich das Ergebnis, wenn beide Ladungen gleichnamig bzw. unterschiedlich sind?

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Das Ergebnis ändert sich im Betrag nicht. Sind beide Ladungen gleichnamig, dann erhält man für die Kraft einen positiven Wert. Sind die Ladungen unterschiedlich (unterschiedliches Vorzeichen), dann erhält man für die Kraft einen negativen Wert. 

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Das Coulomb'sche Gesetz beschreibt die Kraft des Radialfeldes einer Punktladung Q1 auf eine zweite Punktladung Q2. Wie groß ist die Kraft, die vom Radialfeld der Punktladung Q2 auf die Ladung Q1 ausgeübt wird?

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genauso groß

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Berechne die Kraft, die zwei Ladungen mit Q=1C aufeinander ausüben, wenn sie sich in einem Abstand von 0,5m zueinander befinden. Stoßen sich die Ladungen ab oder ziehen sie sich an?

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F=3,6*10^10 N

Die Ladungen stoßen sich ab, da sie das gleiche Vorzeichen (+) haben.

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Was ist der Unterschied zwischen einer Probeladung q (oder Q) und der Elementarladung e?

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Die Elementarladung e ist die Ladung eines Elektrons. Q oder q kann auch ein Vielfaches davon sein.

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Da Teilchen wie Protonen und Elektronen punktförmige Ladungen sind, ist das Coulomb-Gesetz an dieser Stelle anwendbar. Berechne die Kraft, mit der sich ein Elektron und ein Proton in einem Wasserstoffatom anziehen. Der Abstand beider Teilchen beträgt 10^-10m.

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F=-2,3*10^-8 N

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Bei Aufgaben in diesem Gebiet kannst du verschiedene Größen nachschlagen oder als gegeben voraussetzen. Welche Größen darfst du benutzen, auch, wenn sie nicht im Aufgabentext stehen?

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Antwort

Atomradius von (10^-10)m

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Frage

Fülle die Lücken aus:


In einem ____ elektrischen Feld verlaufen die Feldlinien parallel und haben stets die gleiche Dichte. Dies ist z.B. zwischen den Platten eines ____ der Fall.

In einem ____ Feld verlaufen die Feldlinien nicht parallel. Das elektrische Feld hat ____ konstante Dichte. Das ist z.B. im Radialfeld einer ____ Ladung der Fall.

Die elektrischen Feldlinien weisen stets von ____ nach ____.

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In einem homogenen elektrischen Feld verlaufen die Feldlinien parallel und haben stets die gleiche Dichte. Dies ist z.B. zwischen den Platten eines Plattenkondensators der Fall.

In einem inhomogenen Feld verlaufen die Feldlinien nicht parallel. Das elektrische Feld hat keine konstante Dichte. Das ist z.B. im Radialfeld einer kugelförmigen Ladung der Fall.

Die elektrischen Feldlinien weisen stets von Plus nach Minus.

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