a)Ist die Gewichtskraft größer als die elektrische Kraft, so sinkt das Staubkorn in einer beschleunigten Bewegung abwärts. Andernfalls würde es an der oberen Platte verbleiben. |
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b)Für einen Plattenkondensator gilt:
E = U / d = 500V /0,15m = 3333,33 V/m
Es wirken eine elektrische Kraft und eine Gewichtskraft:
Fel=q E = -18 E-9C 3333,33 V/m = 6E-5 N
Fg= m g = 6,5 E-6 kg 9,81 m/s2 = 6,38 E-5N
Damit erhalten wir eine Gesamtkraft von
Fges=Fel-Fg= 0,38 E-6N
Damit erhalten wir eine Beschleunigung von
a = Fges / m = 0,38 E-6 N / 6,5E-5 kg = 0,58 m/s2
c) Bei einer beschleunigten Bewegung gilt:
s = 1/2 a t2
=> t = Wurzel(2s/a)= 0,72 s
v = a t = 0,42 m/s
d) Das Staubkorn schwebt, wenn sich die elektrische Kraft und die Gewichtskraft gegenseitig aufheben.
mg = q U/d
=> U = m g d / q = 531,4V
e) Alternativ zur Spannung könnte man auch
- die Ladung vergrößern. Dadurch steigt die elektrische Kraft bis sie gleich der Gewichtskraft ist.
- den Plattenabstand verringern. Dadurch steigt die elektrische Feldstärke und damit auch die elektrische Kraft, bis sie gleich der Gewichtskraft ist.
- die Masse verkleinern. Dadurch sinkt die Gewichtskraft, bis sie gleich der elektrischen Kraft ist.
a) In horizontaler Richtung erzeugt die elektrische Kraft eine beschleunigte Bewegung. Daher gilt:
a = F/m = q U/dm = 0,5 m/s2
Die Bewegung dauert daher:
t = Wurzel(2s/a)=0,49s
Die Kugel trifft damit mit einer Geschwindigkeit von
v=at = 0,245 m/s auf.
b) Elektrische Kraft und Gewichtskraft ziehen ein rechtwinkliges Dreieck auf. In diesem gilt:
tan(α) = q U/d /mg
=> α = 2,92°