ET — Elektrolytischer Trog

Betreuer: Leonte (vor- und nachmittags)

1. Welche Eigenschaften haben Potential- und Feldlinien an der Oberfläche eines Leiters? (2 Punkte)
2. Grafische Aufgabe:
   Zeichnen Sie für folgende Ladungsanordnung die Feldlinien des elektrischen Feldes und die Potentiallinien (konstanter Potentialunterschied) ein (alle Ihnen bekannten Eigenschaften dieser müssen in der Skizze eindeutig erkennbar sein)! (3 Punkte)
   Zur Zeichnung: Eine positive Punktladung links. In einigem Abstand rechts eine negativ geladene, ebene Platte.
3. Grafische Aufgabe:
   Im Bild sind die gemessenen Potentiallinien eines Zylinderkondensators dargestellt. Bestimmen Sie durch Konstruktion (grafisch) die normierte Kapazität ( C÷(ε·ε₀·h) ) pro Länge! Erlätern Sie ihre Konstruktion und Rechnung. (4 Punkte)
   Zur Zeichnung: Koordinatensystem auf mm genormt. Punktladung bei (x,y)=(1000,150). Konzentrische Potentiallinien durchschneiden x=1000 bei y₁₀=40, y₉=70, y₈=92,5, y₇=107,5, y₆=120, y₅=127,5, y₄=132,5, y₃=137,5, y₂=142,5 (alles ungefähre Werte).
4. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen elektrischem Feld E und Potential φ! (1 Punkt)
5. Berechnen Sie die Kapazität eines Plattenkondensators bei dem zwei Platten mit einer Fläche von 10cm² im Abstand von 5mm voneinander stehen. Das Medium zwischen den Platten ist Luft (ε≈ε₀). (2 Punkte)
   ε₀=8,85·10-12 (A·s)÷(V·m)
6. Der Kondensator von Aufgabe 5 wird an eine Spannungsquelle von 10V angeschlossen. Wie viele Elementarladungen befinden sich auf einer Platte? (1 Punkt)
   e=1,6·10-19C
7. Gegeben sei eine Schaltung. Welche Bedingungen müssen die Widerstände R₁-R₄ erfüllen, damit kein Strom durch den Widerstand R_X fließt? (2 Punkte)
   Zur Schaltung: Wheatstonesche Spannungsbrücke.
   Die Widerstände R₁ und R₂ sind in Reihe. R₃ und R₄ ebenfalls. Die beiden Reihen sind parallel geschaltet. Die beiden parallelen Schaltungsteile sind über Knoten zwischen R₁ und R₂ sowie R₃ und R₄ verbunden. Die Verbindung enthalte den Widerstand R_X.
   Es muss eine Herleitung der Abgleichung erfolgen! (Tipp: Kirchhoffsche Gesetze)

Betreuer: Danzenbächer (nachmittags)

1. Maxwellgleichungen nennen.
2. Vorteil einer Wheatstoneschen Messbrücke gegenüber gewöhnlichem Spannungsmesser nennen.
3. Warum wird Wechselspannung und nicht Gleichspannung verwendet?
4. Wie verhalten sich die Potential und Feldlinien, wenn die Trogwand ein Metall oder Isolator ist?
5. Zeichnen für eine positive und eine negative Punktladung, obere Wand aus Metall untere ein Isolator.

Betreuer: Bergk (nachmittags)

1. Maxwell-Gleichungen
2. Feldlinien und Potentiallinienverläufe für Plattenkondensator und Zylinderkondensator zeichnen und alle Annahmen begründen, also auch warum die Ringe im Zylinderkondensator immer enger werden (Formeln!), Feldlinien senkrecht auf Potentiallinien usw.!
3. Versuch und Durchführung beschreiben.

Hinweise

Der Versuch kann schwer oder einfach werden: Leonte (Freitag) will, dass möglichst ALLE 3 Feldlinienverläufe von JEDEM gemessen werde = völlig unmöglich (wir haben 2 mit Müh und Not [und abschreiben] in den 4h geschafft); bei Bergk (Montag) scheint jeder nur einen Verlauf aufnehmen zu müssen, dass ist viel einfacher und lässt unmengen an Zeit für Auswertung. Auswertung ist simpel, beim einzeichnen der Feldlinien immer drauf achten, dass die entstehenden „Quadrate“ auch quadratisch sind, d.h. immer Potentiallinienabstand messen und auf der einen abtragen (Punkt 1), dann nächsten messen und wieder abtragen (Punkt 2); beide Punkte verbinden (möglichst rund angepasst) und immer so weiter. V.a. bei Doppelleitung und Plattenkondensator sehr aufwendig, bei Zylinderkondensator sehr einfach (man muss nur den passenden Winkel finden und kann bequem einzeichnen).

Herr Danzenbächer verlangt leider auch, dass alle drei Elektrodenanordnungen gemessen werden. Dementsprechend sollte man sich auch ranhalten.

Frau Bergk verlangt zwar nur zwei Bilder (Lecher-Leitung fällt weg), sie ist aber keine so große Hilfe beim Versuch, also seid vorbereitet.
Die Feldlinien und Potentiallinien müssen sich beim Plattenkondensator unbedingt rechtwinklig schneiden (auch in Plattennähe) und möglichst auch die Platten senkrecht treffen. Abweichungen davon möglichst begründen. Fehlerrechnung ist nicht nötig aber eine ausführliche Diskussion.

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