Cuestionario: Elektrische Felder und Ladung — 22 preguntas

1. Wie verhalten sich elektrische Ladungen zueinander, wenn sie gleichnamig oder ungleichnamig sind?

A. Gleichnamige Ladungen ziehen sich an, ungleichnamige stoßen sich ab.

B. Beide Ladungsarten stoßen sich unabhängig vom Vorzeichen ab.

C. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.

D. Beide Ladungsarten ziehen sich unabhängig vom Vorzeichen an.

Answer: (C)

Explicación

Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, während sich ungleichnamige Ladungen anziehen. Ein Körper mit gleich viel positiver und negativer Ladung ist dagegen elektrisch neutral.

2. Welche Aussage beschreibt den Unterschied zwischen Elektroskop und Glimmlampe bei der Untersuchung elektrischer Ladungen korrekt?

A. Beide Geräte zeigen ausschließlich die Ladungsstärke an.

B. Das Elektroskop zeigt die Ladungsstärke, die Glimmlampe das Vorzeichen.

C. Das Elektroskop zeigt das Vorzeichen, die Glimmlampe die Ladungsstärke.

D. Beide Geräte zeigen ausschließlich das Ladungsvorzeichen an.

Answer: (B)

Explicación

Ein Elektroskop zeigt, wie stark ein Körper geladen ist, unterscheidet aber nicht zwischen positiver und negativer Ladung. Eine Glimmlampe kann dagegen das Vorzeichen anzeigen.

3. Durch einen Leiter fließen in 4 Sekunden insgesamt 12 Coulomb Ladung. Welche Stromstärke liegt vor?

A. 48 Ampere

B. 3 Ampere

C. 8 Ampere

D. 0,33 Ampere

Answer: (B)

Explicación

Nach der Beziehung I = ΔQ/Δt ergibt sich I = 12 C / 4 s = 3 A. Die elektrische Stromstärke wird in Ampere angegeben.

4. An einem Bauteil liegen 12 Volt an, durch das Bauteil fließen 3 Ampere. Wie groß ist sein elektrischer Widerstand?

A. 36 Ohm

B. 9 Ohm

C. 4 Ohm

D. 0,25 Ohm

Answer: (C)

Explicación

Der Widerstand berechnet sich mit R = U/I. Daher gilt R = 12 V / 3 A = 4 Ω.

5. Was versteht man unter einem elektrischen Feld?

A. Einen Bereich, in dem ausschließlich neutrale Körper Kräfte ausüben

B. Einen geschlossenen Stromkreis ohne elektrische Spannung

C. Den Raum um geladene Körper, in dem elektrische Kräfte auf Ladungen wirken

D. Einen Leiter, in dem sich elektrische Ladungen gleichmäßig bewegen

Answer: (C)

Explicación

Ein elektrisches Feld ist der Raum um geladene Körper, in dem elektrische Kräfte auf Ladungen wirken. Es ist daher nicht mit einem elektrischen Strom gleichzusetzen.

6. Woran erkennt man ein homogenes elektrisches Feld in einer Feldliniendarstellung?

A. Die Feldlinien beginnen und enden ausschließlich an Metallspitzen.

B. Die Feldlinien verlaufen kreisförmig um jede einzelne Ladung.

C. Die Feldlinien sind gekrümmt und unterschiedlich dicht verteilt.

D. Die Feldlinien verlaufen parallel und überall gleich dicht.

Answer: (D)

Explicación

In einem homogenen elektrischen Feld sind Richtung und Stärke überall gleich. Deshalb verlaufen die Feldlinien parallel und mit konstantem Abstand.

7. Was geschieht bei der elektrischen Influenz, wenn sich ein geladener Körper einem neutralen Leiter nähert?

A. Der Leiter verliert sofort sämtliche elektrischen Ladungen.

B. Die Ladungen im Leiter verschieben sich auf seiner Oberfläche.

C. Im Leiter entsteht ein dauerhafter elektrischer Strom durch das gesamte Volumen.

D. Die positiven Ladungen lösen sich aus den Atomen und bewegen sich frei.

Answer: (B)

Explicación

Bei der Influenz verschieben sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche eines Leiters, weil sich eine äußere Ladung nähert. In Metallen sind dabei vor allem die Elektronen beweglich.

8. Wie verlaufen elektrische Feldlinien und wie steht die elektrische Kraft an einer gekrümmten Feldlinie zu ihr?

A. Sie verlaufen nur zwischen neutralen Körpern; die Kraft liegt parallel zur Oberfläche.

B. Sie beginnen und enden an positiven Ladungen; die Kraft liegt radial zur Linie.

C. Sie beginnen an positiven und enden an negativen Ladungen; die Kraft liegt tangential an.

D. Sie beginnen an negativen und enden an positiven Ladungen; die Kraft steht senkrecht auf der Linie.

Answer: (C)

Explicación

Elektrische Feldlinien beginnen an positiven Ladungen und enden an negativen Ladungen. Die elektrische Kraft liegt an jeder Stelle einer gekrümmten Feldlinie tangential an.

9. Wie müssen elektrische Feldlinien an der Oberfläche eines Metalls verlaufen?

A. Sie treffen die Oberfläche unter einem beliebigen, wechselnden Winkel.

B. Sie bilden an der Oberfläche geschlossene Kreise.

C. Sie stehen stets senkrecht auf der Metalloberfläche.

D. Sie verlaufen stets parallel zur Metalloberfläche.

Answer: (C)

Explicación

Elektrische Feldlinien stehen an einer Metalloberfläche immer senkrecht auf der Oberfläche. Ein schräger Verlauf würde eine tangentiale Kraftkomponente und damit eine Ladungsbewegung verursachen.

10. Warum ist das Innere eines geschlossenen faradayschen Käfigs bei einem äußeren elektrischen Feld feldfrei?

A. Weil sich das äußere und das durch Influenz erzeugte innere Feld gegenseitig aufheben.

B. Weil Metall elektrische Ladungen vollständig vernichtet.

C. Weil im Inneren eines Käfigs keine elektrischen Ladungen existieren können.

D. Weil elektrische Feldlinien geschlossene Metallflächen durchdringen müssen.

Answer: (A)

Explicación

In einem faradayschen Käfig verschieben sich Ladungen durch Influenz so, dass das dadurch erzeugte innere Feld das äußere Feld im Inneren aufhebt. Deshalb bleibt der Innenraum feldfrei.

11. Welche Größe beschreibt die elektrische Feldstärke?

A. Die elektrische Ladung pro Strecke

B. Die elektrische Energie pro Zeit

C. Die elektrische Spannung pro Fläche

D. Die elektrische Kraft pro Probeladung

Answer: (D)

Explicación

Die elektrische Feldstärke beschreibt die elektrische Kraft pro Probeladung und ist ein Vektor mit der Einheit N/C. Im Gegensatz zur Kraft hängt sie nicht von der gewählten Probeladung ab.

12. Eine Probeladung q befindet sich in einem elektrischen Feld der Feldstärke E. Wie lässt sich die elektrische Kraft auf die Ladung berechnen?

A. F_el = q / E

B. F_el = E / q

C. F_el = E + q

D. F_el = q · E

Answer: (D)

Explicación

Für eine Probeladung gilt die Vektorbeziehung \(\vec F_{el}=q\cdot\vec E\). Die Kraft hängt somit sowohl von der Ladung als auch von der Feldstärke ab.

13. Eine Ladung q wird in einem homogenen elektrischen Feld um die Strecke Δx verschoben. Welche Energieänderung ergibt sich?

A. ΔE = q · |E| / Δx

B. ΔE = q · |E| · Δx

C. ΔE = |E| · Δx / q

D. ΔE = q + |E| + Δx

Answer: (B)

Explicación

Im homogenen Feld gilt \(\Delta E=F_{el}\cdot\Delta x=q\cdot|E|\cdot\Delta x\). Die Energieänderung wächst daher mit Ladung, Feldstärke und Verschiebungsstrecke.

14. Was beschreibt die elektrische Spannung U in einem Stromkreis?

A. Die elektrische Kraft pro Strecke

B. Die übertragene Energie pro Ladung

C. Die Ladung pro übertragener Energie

D. Die übertragene Energie pro Zeit

Answer: (B)

Explicación

Aus \(\Delta E=U\cdot Q\) folgt, dass die Spannung die übertragene Energie pro Ladung angibt. Energie pro Zeit beschreibt dagegen die Leistung.

15. Wie verändert sich die Feldstärke zwischen den Platten eines Plattenkondensators, wenn bei konstantem Plattenabstand die Spannung verdoppelt wird?

A. Sie halbiert sich.

B. Sie verdoppelt sich.

C. Sie wird auf ein Viertel reduziert.

D. Sie bleibt unverändert.

Answer: (B)

Explicación

Für den Plattenkondensator gilt \(|E|=U/d\). Bei konstantem Abstand ist die Feldstärke proportional zur Spannung und verdoppelt sich daher ebenfalls.

16. Was gibt das elektrische Potenzial an einem Ort im Abstand r von einer Ladung Q an?

A. Die Energie pro Probeladung an diesem Ort

B. Die Kraft pro Probeladung an diesem Ort

C. Die Energie pro Zeit an diesem Ort

D. Die Ladung pro Energie an diesem Ort

Answer: (A)

Explicación

Das Potenzial \(\varphi=Q/(4\pi\varepsilon_0r)\) gibt die Energie pro Probeladung an. Die Feldstärke hingegen beschreibt die Kraft pro Probeladung.

17. Wie ist die Spannung zwischen den Orten A und B definiert?

A. Als Produkt der beiden Potenziale

B. Als Summe der beiden Potenziale

C. Als Potenzial von A geteilt durch das Potenzial von B

D. Als Potenzialdifferenz \(U=\varphi(r_A)-\varphi(r_B)\)

Answer: (D)

Explicación

Die Spannung zwischen A und B ist die Potenzialdifferenz \(U=\varphi(r_A)-\varphi(r_B)\). Das Potenzial charakterisiert dagegen einen einzelnen Ort.

18. Wie entsteht der leitfähige Kanal, der die Grundlage eines Blitzes bildet?

A. Durch Ladungstrennung, beschleunigte Elektronen und lawinenartige Ionisierung

B. Durch die Ansammlung neutraler Luftmoleküle zwischen Wolke und Erde

C. Durch die Erwärmung der Wolkenluft ohne elektrische Teilchenbewegung

D. Durch den direkten Kontakt positiv geladener Regentropfen mit dem Boden

Answer: (A)

Explicación

Ladungstrennung beschleunigt Elektronen, die eine lawinenartige Ionisierung auslösen. Dadurch entsteht ein leitfähiger Kanal aus freien Elektronen und Ionen.

19. Wie entsteht der durchgehende Kanal eines Erdblitzes?

A. Zwei gleichartige Vorentladungen starten gleichzeitig am Boden und in der Wolke

B. Eine Positivladung im Erdboden neutralisiert die Wolkenunterseite ohne Kanalbildung

C. Eine von der Wolke ausgehende Fangentladung trifft auf einen am Boden gebildeten Kanal

D. Eine vom Boden ausgehende Fangentladung trifft auf einen von der Wolke gebildeten Kanal

Answer: (D)

Explicación

Vorentladungen bilden den Kanal von der Wolke aus. Der durchgehende Blitzkanal entsteht, wenn eine vom Boden ausgehende Fangentladung diesen Kanal erreicht.

20. Was geschieht mit einem Kondensator, nachdem er geladen und von der Spannungsquelle getrennt wurde?

A. Er erhöht seine Ladung weiter, solange kein Verbraucher angeschlossen ist

B. Er verliert seine Ladung sofort durch die Trennung von der Spannungsquelle

C. Er speichert nur Energie, aber keine elektrische Ladung mehr

D. Er behält seine Ladung, bis sie über einen Verbraucher abfließt

Answer: (D)

Explicación

Ein getrennter Kondensator behält die gespeicherte Ladung und Energie. Beim Anschluss eines Verbrauchers kann diese Ladung abfließen und der Kondensator wird entladen.

21. Welche Beziehung beschreibt die Kapazität eines Kondensators korrekt?

A. Die Kapazität ist das Verhältnis von Spannung zu Ladung, also C = U/Q

B. Die Kapazität ist das Produkt aus Ladung und Spannung, also C = Q·U

C. Die Kapazität ist das Verhältnis von Ladung zu Spannung, also C = Q/U

D. Die Kapazität ist die Ladung pro Zeit, also C = Q/t

Answer: (C)

Explicación

Aus Q = C · U folgt C = Q/U. Die Einheit der Kapazität ist Farad, wobei 1 F = 1 C/V gilt.

22. Wie lässt sich die maximal speicherbare Ladung eines Kondensators bestimmen?

A. Mit Qmax = UC,max/C

B. Mit Qmax = C + UC,max

C. Mit Qmax = C · UC,max

D. Mit Qmax = C/UC,max

Answer: (C)

Explicación

Die maximal speicherbare Ladung ergibt sich aus dem Produkt der Kapazität und der maximal zulässigen Kondensatorspannung: Qmax = C · UC,max. Eine zu hohe Spannung kann Funkenüberschläge oder Materialschäden verursachen.