Physik 2: Elektrizität und Magnetismus: Übungsaufgaben und Prüfungsfragen

Elektrische Ladungen, Kräfte und Felder, Gleichstromkreise, Kondensatoren und RC-Glieder sowie Wechselstrom: das zweite Semester Physik an der Hochschule.

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Lernpaket (PDF)Formelsammlungen, Lösungsschritte und Übungsaufgaben mit vollständigen Lösungen, druckfertig.

Themen in diesem Kurs

  1. Coulombsches Gesetz & elektrische FelderKraft zwischen zwei Ladungen · Feld zwischen zwei Ladungen · Kräfte im rechten WinkelRechenaufgaben
  2. Reihen- und Parallelschaltung3 Widerstände · 4 Widerstände · Kettenschaltung aus 6 WiderständenRechenaufgaben
  3. RC- und RL-AusgleichsvorgängeRC-Aufladung · RL-Schaltung · Kondensator mit AnfangsladungRechenaufgaben
  4. Magnetfelder & InduktionFelder von Strömen und magnetische Kräfte · geladene Teilchen, Faraday und Lenz · Generatoren, Induktivität und TeilchenstrahlenRechenaufgaben
  5. Wechselstrom: Impedanz und ZeigerRL-Reihenschaltung · RLC-Reihenschaltung · Kondensatorspannung und ResonanzRechenaufgaben

Prüfungstipps für Physik 2: Elektrizität und Magnetismus

  • Kräfte und Felder mehrerer Ladungen addieren sich vektoriell: Zeichne jede einzeln ein, bevor du addierst.
  • Rechne µC in C und cm in m um, bevor du das Coulombsche Gesetz anwendest.
  • Ein geladener Kondensator sperrt Gleichstrom; die Zeitkonstante τ = RC bestimmt, wie schnell das geht.
  • Skizziere bei magnetischen Kräften und induzierten Strömen ⊗ und ⊙ und verwende jedes Mal die Rechte-Hand-Regel: Die meisten verlorenen Punkte gehen auf falsche Richtungen zurück.

Beispielaufgaben

Coulombsches Gesetz & elektrische FelderLeicht
++4 µC++1 µCr = ?

Punktladungen von +4 µC und +1 µC üben eine Kraft von 20 N aufeinander aus. Wie weit r sind sie voneinander entfernt? Gib das Ergebnis in cm an. Use k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

q1 = +4 µCq2 = +1 µCF = 20 N

Gesucht: r (cm)

Tipps anzeigen
  1. Stelle das Coulombsche Gesetz nach r um.
  2. r = √(k·|q₁·q₂|/F).
  3. r² = 0,001798 m².
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Nach dem Abstand auflösen

r = √(8,99 × 10⁹·4 × 10⁻⁶·1 × 10⁻⁶/20) = 0,0424 m
r = 4,24 cm

Antwort

r = 4,24 cm
Reihen- und ParallelschaltungMittel
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

Bestimme den Strom IR1, den die Quelle abgibt und der durch R1 fließt.

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω

Gesucht: IR1 (A)

Tipps anzeigen
  1. Vereinfache das Netzwerk Schritt für Schritt. In Reihe addieren sich Widerstände. Zwei parallele Widerstände ergeben R₁R₂/(R₁ + R₂).
  2. R₃ und R₄ führen denselben Strom, liegen also in Reihe. Dieser Zweig liegt parallel zu R₂, und das Ergebnis liegt in Reihe mit R₁.
  3. Req = 8,25 Ω.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Reihen- und Parallelschaltung: In Reihe fließt durch jeden Widerstand derselbe Strom, und R = R₁ + R₂ + …. Parallel liegt an jedem Widerstand dieselbe Spannung, und 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Eine Kettenschaltung wird Paar für Paar vereinfacht, bis ein einziger Ersatzwiderstand übrig bleibt.

R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

Widerstände vom fernen Ende her zusammenfassen

Beginne am Ende, das am weitesten von der Quelle entfernt ist, und arbeite dich zu ihr zurück. Widerstände mit demselben Strom liegen in Reihe; Widerstände zwischen denselben zwei Knoten liegen parallel.

R3 + R4 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 3·9/(3+9) = 2,25 Ω
Req = R1 + 2,25 = 6 + 2,25 = 8,25 Ω

Strom aus der Quelle

Die Quelle sieht nur Req, also liefert das ohmsche Gesetz den Strom, den sie abgibt. Dieser Strom fließt durch R₁.

IR1 = V1/Req = 18/8,25 = 2,182 A

Antwort

IR1 = 2,182 A

So funktioniert das Üben

  • „Diesen Kurs üben“ mischt Aufgaben aus allen Themen des Kurses, wie in einer echten Prüfung.
  • Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort.
  • Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.
  • Probeklausuren haben ein Zeitlimit und keine Tipps, und am Ende bekommst du deine Punktzahl und eine vollständige Auswertung.

Rechner für diesen Kurs

Rechner für Reihen- und Parallelschaltung von WiderständenSpannungsteiler-RechnerRechner für die RC-ZeitkonstanteRLC-ImpedanzrechnerRechner für das Coulombsche GesetzRechner für das ohmsche Gesetz (Spannung, Strom, Widerstand und Leistung)Widerstandsfarbcode-Rechner (4, 5 und 6 Ringe)Kondensatorrechner (Reihen- und Parallelschaltung, Ladung und Energie)Magnetfeldrechner (Draht, Schleife, Spule und Toroid)

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