Physik der Oberstufe

Formel für den elektrischen Widerstand

Im Artikel über das Ohmsche Gesetz wurde eine Formel hergeleitet, die den Zusammenhang zwischen elektrischer Spannung (V), elektrischer Stromstärke (I) und elektrischem Widerstand (R) beschreibt. Mathematisch wird sie durch die Gleichung ausgedrückt:

Diese Gleichung zeigt, dass der elektrische Widerstand (R) direkt proportional zur Spannung (V) und umgekehrt proportional zur Stromstärke (I) ist. Je höher die Spannung, desto größer der Widerstand. Umgekehrt gilt: Je höher die Stromstärke, desto größer der Widerstand. Diese Gleichung erklärt das Ohmsche Gesetz nur dann, wenn der Widerstand (R) konstant ist. Ist der Widerstand nicht konstant, erklärt diese Gleichung nicht das Ohmsche Gesetz, sondern den Widerstand eines Leiters.

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5 Beispiele für Aufgaben zum elektrischen Potenzial

1. Bestimmen elektrisches Potenzial an einem Punkt 1 cm von der Ladung q = 5,0 μC. Coulomb-Konstante (k) = 9 x 10⁹ Nm²C^-2, 1 μC = 10^-6 C.
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Abstand von der Ladung (r) = 1 cm = 1/100 m = 0,01 m = 10^-2 m
Ladung (q) = 5,0 μC = 5,0 x 10^-6 Coulomb
Gefragt: Elektrisches Potenzial (V)
Antwort:

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11 Beispiele für Kondensatorprobleme – Reihen- und Parallelschaltungen

1. Tiga Kondensator in Reihe und parallel geschaltet wie in der Abbildung unten. Wenn C₁ = 2 μF, C₂ = 4 μF, C₃ = 4 μF, dann beträgt die Ersatzkapazität…
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Kondensator C₁ = 2 μF
Kondensator C₂ = 4 μF
Kondensator C₃ = 4 μF
Gefragt: Ersatzkapazität (C)

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Beispiel für Fragen zur elektrischen potenziellen Energie

1. Ein Elektron wird aus der Ruhe durch eine Potentialdifferenz von 12 Volt beschleunigt. Wie groß ist die Änderung der potenziellen Energie des Elektrons?
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Muatan 1 Elektron (e) = -1,60 x 10^-19 Coulomb
Elektrische Potenzialdifferenz = elektrische Spannung (V) = 12 Volt
Gefragt: Änderung der potenziellen Energie der Elektronen (ΔEP)
Antwort:
ΔEP = q V = (-1,60 x 10^-19 C)(12 V) = -19,2 x 10^-19 joule
Das negative Vorzeichen bedeutet elektrische potenzielle Energie Die elektrische potenzielle Energie des Elektrons nimmt ab. In der Nähe der negativ geladenen Platte ist seine elektrische potenzielle Energie maximal. Nach Erreichen der Nähe der positiv geladenen Platte ist seine elektrische potenzielle Energie minimal.

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4 Beispiele für Aufgaben zum elektrischen Fluss

1. Elektrisches Feld von 8000 N/C senkrecht auf eine quadratische Fläche mit einer Oberfläche von 10 m². Bestimmen elektrischer Fluss das die quadratische Oberfläche durchdringt!
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Elektrisches Feld (E) = 8000 N/C
Oberfläche (A) = 10 m²
θ = 0^o (elektrische Feldlinien fallen mit Normalenlinien zusammen)
Gefragt: Elektrischer Fluss (Φ)
Antwort:

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7 Beispiele für Drehimpulsprobleme

Drehimpuls

1. Ein Objekt hat Trägheitsmoment 2 kg m² und dreht sich um eine feste Achse mit Winkelgeschwindigkeit 1 rad/s. Wie viel? Drehimpuls dieses Objekt?
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Trägheitsmoment (I) = 2 kg m²
Winkelgeschwindigkeit (ω) = 1 rad/s
Gefragt: Drehimpuls (L)
Antwort:
Formel für den Drehimpuls:

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5 Beispiele für Aufgaben zur Rotationsenergie

1. Ein Objekt mit einem Trägheitsmoment von 1 kg m² ^rotiert um eine feste Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit von 2 rad/s. Wie groß ist die Rotationsenergie des Objekts?

Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Momen inersia (I) = 1 kg m²
Winkelgeschwindigkeit (ω) = 2 rad/s
Gefragt: Rotationskinetische Energie (EK)
Antwort:
Formel für die Rotationsenergie:

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5 Beispiele für Newtons zweites Gesetz der Rotationsbewegung

1. Ein Seil wird um den Rand eines Hohlzylinders gewickelt, und dann wird am Ende des Seils mit einer Kraft F gezogen, sodass sich der Zylinder um seine Achse dreht. Wenn Stilmoment ist 2 Nm und Trägheitsmoment Der Zylinder wiegt 1 kg m²Bestimmen Sie die Winkelbeschleunigung des Zylinders!
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Drehmoment (τ) = 2 Nm
Trägheitsmoment (I) = 1 kg m²
Gefragt: Winkelbeschleunigung des Zylinders!
Antwort:
Newtons zweites Gesetz für die Drehbewegung:

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25 Beispiele für Aufgaben zum Trägheitsmoment

Trägheitsmoment eines Teilchens

1. Eine Kugel mit einer Masse von 100 Gramm ist an einem 30 cm langen Seil befestigt, wie in der Abbildung gezeigt. Momen inersia Die Kugel um die Achse AB ist...
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Die Rotationsachse ist AB.
Masse der Kugel (m) = 100 Gramm = 100/1000 = 0,1 Kilogramm
Abstand des Balls von der Drehachse (r) = 30 cm = 0,3 Meter
Gefragt: Trägheitsmoment des Balls (I)

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10 Beispiele für Aufgaben zum Drehmoment

1. Die Länge des Stabes AB beträgt 2 Meter und die Größe der Kraft F beträgt 10 Newton. Bestimmen Sie Stilmoment in Richtung Punkt A und in Drehrichtung des Stabes AB!
Diskussion
Die Rotationsachse befindet sich im Punkt A.

Es ist bekannt, dass:
Kraft (F) = 10 Newton
Abstand AB (r_AB) = 2 Meter
Die Kraft F bildet einen Winkel von 90°^o gegen die Stange AB.
Kraftarm (l) = r_AB Sünde 90^o = (2 Meter)(1) = 2 Meter
Gefragt: Drehmoment um Punkt A und Drehrichtung des Stabes AB

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