1
Kraftmessung im Plattenkondensator
AFB IIn einem Schülerlabor soll die Feldstärke im homogenen Feld eines Plattenkondensators bestimmt werden. Dazu wird eine kleine, positiv geladene Kugel an einem starren, isolierenden Arm mittig zwischen die Platten gebracht; der Arm ist mit einem Kraftsensor verbunden (Material M1). Die Kugel trägt die Ladung \(q = 2{,}5\,\mathrm{\mu C}\), der Sensor zeigt die Kraft \(F = 11{,}0\,\mathrm{mN}\) an.
M1Messaufbau mit Probeladung und Kraftsensor
Die Feldlinien verlaufen von der positiv geladenen oberen zur negativ geladenen unteren Platte. Der Sensor misst den Betrag der Kraft auf die Kugel.
- Beschreiben Sie anhand von Material M1, wie mit diesem Aufbau die Feldstärke bestimmt wird, und geben Sie an, welche Größen dabei gemessen werden.
- Berechnen Sie die Feldstärke zwischen den Platten.
- Nennen Sie drei Anforderungen, die eine Probeladung erfüllen muss, und erläutern Sie für eine davon, welcher Fehler bei der Messung sonst entstehen würde.
Hinweis zu Aufgabe a)
Es gibt kein Gerät, das die Feldstärke direkt anzeigt. Überlege, welche zwei Größen im Aufbau tatsächlich gemessen bzw. vorher bestimmt werden — und wie daraus \(E\) folgt.„Beschreiben“ verlangt einen geordneten Ablauf in Fachsprache: Was wird eingebracht, was wird gemessen, was wird gerechnet?
Hinweis zu Aufgabe b)
Rechne zuerst beide Angaben in Grundeinheiten um: \(1\,\mathrm{mN}=10^{-3}\,\mathrm N\) und \(1\,\mathrm{\mu C}=10^{-6}\,\mathrm C\). Erst dann den Quotienten bilden.
Hinweis zu Aufgabe c)
Denke an die vier Eigenschaften einer Probeladung: bekannt, klein im Betrag, klein in der Ausdehnung, positiv. Für die Erläuterung reicht eine davon — wähle die, bei der du den Fehler am klarsten beschreiben kannst.„Nennen“ ist nur eine Aufzählung; erst das „Erläutern“ verlangt den Zusammenhang zum Messfehler.