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?
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.
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.
Aus der Glühkathode treten Elektronen aus, deren Anfangsgeschwindigkeit so gering ist, dass sie vernachlässigt werden kann. Sie werden durch die Spannung U a zwischen Kathode und Anode beschleunigt. Danach treten sie längs der gezeichneten x-Achse in den Ablenkkondensator ein. Der besteht aus zwei quadratischen Platten, deren Seiten 4, 0 cm lang sind. Die Platten haben einen Abstand von 2, 0 cm. Zwischen den Platten ist ein homogenes elektrisches Feld. 10 cm hinter den Ablenkplatten befindet sich ein Leuchtschirm, auf dem die auftreffenden Elektronen einen Lichteindruck hinterlassen. a) Die Elektronen werden durch die Spannung U a auf eine Geschwindigkeit von 1, 88·10 7 ms -1 beschleunigt. Berechnen Sie die Spannung U a. b) An die Platten des Ablenkkondensators wird die Spannung U=400V angelegt. Berechnen Sie die Ladung dieses Kondensators sowie die elektrische Feldstärke. c) Berechnen Sie die Zeit, die sich die Elektronen auf ihrem Weg zum Leuchtschirm zwischen den Platten des Kondensators aufhalten.
Begründe, warum im Gegensatz dazu bei der Bewegung längs einer Äquipotentiallinie keine Arbeit verrichtet wird. (5 BE)