Elektrizitätslehre

Ladungen & Felder - Oberstufe

C

  • Wie lautet das Gesetz von COULOMB?
  • Wie ist das Feld im Innern eines Plattenkondensators?
  • Wie viel Energie kann ein Kondensator speichern?

COULOMBsche Drehwaage

Aufgabe

Bei einem Versuch mit der Drehwaage stellt man fest, dass der Torsionsknopf nach dem Einschalten des elektrischen Feldes um \(10^\circ \) gedreht werden muss, damit die Probekugel, auf der die Ladung \(q = 1,6 \cdot {10^{ - 9}}{\rm{As}}\) sitzt, wieder in die ursprüngliche Lage zurückgeht.

Berechne die im Plattenkondensator wirkende elektrische Feldstärke.

Hinweis: Es ist bekannt, dass der Torsionsdraht um \(15^\circ \) verdrillt wird, wenn auf die Probekugel eine Kraft von \(F = 2,0 \cdot {10^{ - 4}}{\rm{N}}\) wirkt.

Lösung

Bestimmung des Betrags \(F\) der Kraft, welche auf die Ladung \(q\) einwirkte:\[\frac{{{F_{{{10}^\circ }}}}}{{{F_{{{15}^\circ }}}}} = \frac{{{{10}^\circ }}}{{{{15}^\circ }}} \Leftrightarrow {F_{{{10}^\circ }}} = {F_{{{15}^\circ }}} \cdot \frac{{{{10}^\circ }}}{{{{15}^\circ }}} \Rightarrow {F_{{{10}^\circ }}} = 2,0 \cdot {10^{ - 4}}{\rm{N}} \cdot \frac{2}{3} = 1,3 \cdot {10^{ - 4}}{\rm{N}}\]Für die elektrische Feldstärke \(E\) gilt dann\[E = \frac{{{F_{{{10}^\circ }}}}}{q} \Rightarrow E = \frac{{1,3 \cdot {{10}^{ - 4}}{\rm{N}}}}{{1,6 \cdot {{10}^{ - 9}}{\rm{A}} \cdot {\rm{s}}}} = 8,1 \cdot {10^4}\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{A}} \cdot {\rm{s}}}}\]