Elektrische Spannung II - Gymnasium Horkesgath

Thema: elektrische Spannung
David Hannappel
Diskussion der Formel Fel = (s · FG) / q
Die Formel F el = (s · F G ) / q darf nur bei
einer bestimmten Versuchsanordnung
(linke Zeichnung) angewendet werden -
der Winkel muss außerdem kleiner als
5° sein!
Frage:
Welche Formel kann man auf größere
Winkel anwenden?
Ergebnis: Die Formel kann auf beliebige Winkel angewendet werden!
Beispielaufgabe zur elektrischen Spannung:
Zwischen zwei vertikalen Platten von 9 cm Abstand herrscht die Spannung
7200 V.
In P 1 , 1 cm von der positiven Platte entfernt, wird ein punktförmiger
Probekörper (m = 0,01 g; q = + 5 · 10-9 C) aus der Ruhe losgelassen,
Gewichtskraft und Luftwiderstand werden vernachlässigt.
Mit welcher Geschwindigkeit und nach welcher Zeit trifft der Körper bei P 2
die negative Platte? Wie viel Energie müsste man ihm zuführen, um ihn
bei gleicher Ladung von P 2 nach P 1 zu bringen (wenn sich seine Ladung
nicht geändert hat)?

Lösung:
Im homogenen Feld ist
E = U/d = 7200 V / 0,09 m = 8 · 10 -
4 V/m
Die Spannung zwischen P1 und P2
beträgt
Die Überführungsarbeit am
Probekörper, also die von ihm auf
dem Weg bis P2 aufgenommene
kinetische Energie ist
also
U P1P2 = E · s = 8 · 10 -4 · 0,08 V =
6400 V
½ mv 2 2 =q · U P1P2 = 3,2 · 10 -5 J
v 2 = (2 q U P1P2 / m) 0,5 = 0,8 m/s
Die Beschleunigung beträgt a = F / m = qE / m = 4 m / s 2
Und die Zeit bis P2
t 2 = v 2 / a = 0,2 s
Für den Rückweg müssen 3,2 · 10 -5 J von außen zugeführt werden.