MINT lernen

Elektrische Feldstärke

Fünf Aufgaben im Stil der schriftlichen Abiturprüfung — mit Operatoren und vollständigem Erwartungshorizont zur Selbstkontrolle.

1

Tonerteilchen im Laserdrucker

AFB I

In einem Laserdrucker wird das fertige Tonerbild von der Bildtrommel auf das Papier übertragen. Dazu lädt eine Übertragungswalze die Rückseite des Papiers positiv auf. Im schmalen Spalt zwischen Papier und Bildtrommel entsteht dadurch ein annähernd homogenes elektrisches Feld (Material M1). Die Tonerteilchen auf der Trommel sind negativ geladen; ein einzelnes Teilchen trägt die Ladung \(q = 1{,}2\,\mathrm{nC}\). Am Ort der Teilchen beträgt die Feldstärke \(E = 4{,}0\cdot 10^{5}\,\mathrm{\frac{N}{C}}\).

M1Übertragungsspalt im Laserdrucker
Bildtrommel −−−−−− Tonerteilchen (negativ geladen) Feldlinien Papier ++++++ Übertragungswalze (positiv geladen)

Im Spalt verlaufen die Feldlinien parallel und gleich dicht vom positiv geladenen Papier zur negativ geladenen Bildtrommel — das Feld ist dort in guter Näherung homogen.

  1. Geben Sie die Definitionsgleichung der elektrischen Feldstärke an und benennen Sie alle darin auftretenden Größen mit ihren Einheiten.
  2. Berechnen Sie den Betrag der elektrischen Kraft auf ein Tonerteilchen.
  3. Begründen Sie mithilfe der Festlegung der Feldrichtung, in welche Richtung diese Kraft zeigt.
Hinweis zu Aufgabe a)
Die Definitionsgleichung verknüpft genau drei Größen. Nenne zu jeder von ihnen auch die zugehörige Einheit.Beim Operator „Geben Sie an“ genügt die Gleichung samt Größen und Einheiten — eine Herleitung ist nicht verlangt.
Hinweis zu Aufgabe b)
Stelle die Definitionsgleichung nach der Kraft um und achte auf den Vorsatz nano: \(1\,\mathrm{nC}=10^{-9}\,\mathrm C\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Lies im Material ab, wohin die Feldlinien zeigen. Die Pfeilrichtung gilt für eine positive Probeladung — das Tonerteilchen ist aber negativ geladen.„Begründen“ verlangt eine lückenlose Kette: Festlegung nennen, auf das Vorzeichen anwenden, Richtung folgern.