Elektrische FeldkonstanteNach Leistungskursabitur Bayern 2007 - 5 - 1 |
Zur Bestimmung der elektrischen Feldkonstante wird mit einem Kraftmesser die Kraft F auf eine bewegliche kreisförmige Kondensatorplatte P1 gemessen, wenn zwischen den Platten P1 und P2 eine Spannung U angelegt ist. Um die Platte P1 ist ein Metallring S fest angeordnet, der auf dem gleichen Potential liegt wie Platte P1.
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| a) | Skizzieren Sie das elektrische Feld zwischen der kreisförmigen Platte P2 und der Anordnung aus Ring S und Platte P1. Erläutern Sie kurz, welche Funktion der Ring S in der Versuchsanordnung hat. (5 BE) |
| b) | Zeigen Sie, dass für die Kraft F auf die Platte P1 gilt: ; hierbei ist r der Radius der Platte P1 und d der Plattenabstand. (4 BE) |
Durch eine geeignete mechanische Vorrichtung wird der Plattenabstand d konstant bei 10 mm gehalten. Der Radius r beträgt 7,2 cm. In einer Messreihe wird zu verschiedenen Kondensatorspannungen U jeweils die elektrische Kraft F zwischen den Platten gemessen.
| U in kV | 2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
| F in mN | 4,3 |
6,4 |
8,5 |
11,0 |
14,1 |
17,4 |
| c) | Zeichnen Sie ein U2 - F - Diagramm. (6 BE)
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| d) | Erklären Sie, warum der Graph durch eine Gerade angenähert werden kann und ermitteln Sie aus der Geradensteigung den Wert für die elektrische Feldkonstante ε0. Bestimmen Sie auch die prozentuale Abweichung vom Literaturwert. (7 BE) |