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Elektrostatik - kann mir jemand helfen?
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spectre8
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Anmeldungsdatum: 27.03.2007
Beiträge: 2
Wohnort: Zürich

BeitragVerfasst am: 27 März 2007 - 22:49:29    Titel: Elektrostatik - kann mir jemand helfen?

Guten Abend

Ich habe übermorgen eine Prüfung in der Physik über die Elektrostatik und habe folgendes Problem:
Die folgenden zwei Aufgaben verstehe ich überhaupt nicht:
(1) Ein mit einem Isoliermaterial (epsilon r =Cool gefüllter Plattenkondensator (A=0.03m^2, d=2mm) wird so aufgeladen, dass zwischen seinen Platten eine Spannung von 2000V liegt. Er wird zur Zündung einer Blitzröhre verwendet und gibt dabei eine Energie von 1.62mJ ab. Welche Spannung herrscht nacher noch?

(2) Zeichnen Sie die Strom-Spannungskennlinien für drei konstant bleibende Widerstände mit 5 Ohm, 10Ohm und 30 Ohm im gleichen Diagramm ein.

Wäre super, wenn mir jemand eine Antwort geben könnte! VIELEM DANK!

Grüsse aus Zürich

Pascal
as_string
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Anmeldungsdatum: 05.08.2006
Beiträge: 2680
Wohnort: Heidelberg

BeitragVerfasst am: 27 März 2007 - 23:39:51    Titel:

Hallo!

1) Aus den Angaben kannst Du die Kapazität C des Kondensators ausrechnen. Wenn Du die hast, kannst Du die Energie des Kondensators über E=½CU² bei U=2kV ausrechnen, die vor der Entladung anliegen soll. Von diesem Wert ziehst Du dann die gegebenen 1,62mJ ab und hast einen Wert für die Energie nach der Entladung. Jetzt kannst Du wieder E=½CU² verwenden, um die Spannung zu berechnen, die nach dem Entladevorgang noch anliegen muss.

2) Die Funktion müsstest Du eigentlich irgendwo gegeben haben. Das ist eine e-Funktion, bei der C und R als konstanten drin vorkommen. Diese Konstanten musst Du mit den entsprechenden Werten besetzen (ich vermute mit dem C aus der ersten Aufgabe und für U0 die 2kV, R hast Du ja ein paar gegeben...). Dann musst Du nur noch verschiedene Werte für t einsetzen und bekommst die Kurven raus.

Gruß
Marco
spectre8
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Anmeldungsdatum: 27.03.2007
Beiträge: 2
Wohnort: Zürich

BeitragVerfasst am: 28 März 2007 - 19:08:51    Titel:

Hallo Marco

Du bist meine Rettung!!! Vielen Dank für deine schnelle Antwort!!! Verstehe die Aufgabe jetzt problemlos! Hast du vielleicht nocheinmal kurz Zeit für mich und könntest dir nochmals was überlegen (natürlich auch alle anderen Mitleser)?

(1) Ein Proton und ein Neutron stehen einander in 20cm Abstand gegenüber.
(a) Wie gross ist die elektrische Kraft auf das Neutron?
Mein Lösungsvorschlag: das Neutron ist ja neutral -> Bestitz keine Ladung somit: F=(k*Q*Q)/r^2= 0, weil eine der Ladung Q = 0 ist!

(b) Wie gross ist die elektrische Feldstärke am Ort des Neutrons?

(2) Ein massiver Metallkörper ist elektroladisch geladen.
(a) Wieso verschwindet das elektrische Feld im Innern des Körpers?
(b) Wie verlaufen die Feldlinien an der Oberfläche des Körpers?

(3) Weshalb nimmt der elektrische Wiederstand eines Leiters im allg. zu mit steigender Temperatur?

Herzlichen Dank für Deine Bemühungen!!!!

Gruss

Pascal
Electric-phase
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Anmeldungsdatum: 25.10.2006
Beiträge: 768
Wohnort: Köln

BeitragVerfasst am: 29 März 2007 - 00:42:42    Titel:

Hallo Pascal,
Zitat:
(b) Wie gross ist die elektrische Feldstärke am Ort des Neutrons?
Zitat:
F=(k*Q*Q)/r^2= 0

Die Feldstärke ist die Kraft geteilt durch die Probeladung q
F=(k*Q*q)/r^2
E=(k*Q)/r^2

Zitat:
2) Ein massiver Metallkörper ist elektrostatisch geladen.
(a) Wieso verschwindet das elektrische Feld im Innern des Körpers?


Im Innern haben wir freie Ladungsträger ohne Zahl. Diese werden vom elektrischen Feld verschoben, bis sie das Feld vollständig kompensiert haben.
Eine Erschöpfung der freien Elektronen ist technisch nicht erreichbar.

Zitat:
(b) Wie verlaufen die Feldlinien an der Oberfläche des Körpers?

Sie verlaufen senkrecht, denn die Elektronen würden sich bei jedem schrägen Auftreffen verschieben bis die Feldlinie senkrecht steht.
Die Feldlinie gibt das elekt. Feld an. Jede schräge Feldlinie läßt sich in einen Anteil senkrecht und einen Anteil parallel zur Oberfläche aufteilen.
Der parallele Teil verschiebt die Elektronen, bis er verschwunden ist.
Der senkrechte bleibt bestehen, da die Elektronen das Metall nicht verlassen können.

Gruß
Manfred
as_string
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Anmeldungsdatum: 05.08.2006
Beiträge: 2680
Wohnort: Heidelberg

BeitragVerfasst am: 29 März 2007 - 00:57:01    Titel:

spectre8 hat folgendes geschrieben:
(a) Wie gross ist die elektrische Kraft auf das Neutron?
Mein Lösungsvorschlag: das Neutron ist ja neutral -> Bestitz keine Ladung somit: F=(k*Q*Q)/r^2= 0, weil eine der Ladung Q = 0 ist!

Ja, das sehe ich auch so! Allerdings solltest Du zwei unterschiedliche Bezeichnungen für die beiden Ladungen nehmen, vielleicht Qp und Qn, wobei Qn=0 ist. Wenn Du zweimal Q in ein und der selben Formel schreibst, müsste das ja der selbe Wert sein, was hier ja nicht der Fall ist.
spectre8 hat folgendes geschrieben:
(b) Wie gross ist die elektrische Feldstärke am Ort des Neutrons?

Das ist ja dann einfach das Feld des Protons in diesem Abstand, also E=k·Qn/r²
spectre8 hat folgendes geschrieben:
(2) Ein massiver Metallkörper ist elektroladisch geladen.
(a) Wieso verschwindet das elektrische Feld im Innern des Körpers?

Ein Leiter (also der Metallkörper) hat frei bewegliche Ladungsträger. Sobald im Innern ein Feld entsteht, wirkt eine Kraft auf diese Ladungsträger. Die bewegen sich dann so lang (und das kann ziemlich schnell sein...), bis das Feld ausgeglichen ist. Die Ladungsträger (i. A. Elektronen) ordnen sich also immer genau so an, dass das Feld, das sie selbst erzeugen überall genau einem äußeren Feld entgegenwirkt. Wäre die Anordnung anders, würden sie sich sofort so bewegen, dass es wieder passt. Nur wenn kein Feld mehr da ist, kommt der Ladungsausgleich zum stehen.
spectre8 hat folgendes geschrieben:
(b) Wie verlaufen die Feldlinien an der Oberfläche des Körpers?

An der Oberfläche außerhalb des Körpers müssen diese immer senkrecht auf die Fläche stehen. Wieder mit einem sehr ähnlichen Argument: Wenn sie nicht genau senkrecht stünden, würden Ladungsträger an der Oberfläche sofort eine Kraft erfahren und zwar genau so lange, bis wieder alle senkrecht stehen.
Ich habe mal versucht das auf die Schnelle frei Hand zu zeichnen.

Die roten Kügelchen sollen Ladungsträger sein (ob jetzt positiv oder negativ spielt hier eigentlich keine Rolle, wichtig ist nur, dass sie gleich geladen sind). Ich habe versucht anzudeuten, dass links die Ladungsträger dichter sind, als rechts. Daraus würde ja ein Feld entstehen, das irgendwie schräg zur Oberfläche ist. Ich habe einen dieser Ladungsträger etwas heller gezeichnet. Dieser würde dann eine Kraft in Richtung des Feldvektors erfahren, kann aber nicht aus dem Metallkörper raus, weshalb die Kraft dann nach rechts entlang der Oberfläche wirkt. Er würde sich dann sofort so lange nach rechts bewegen, bis das Feld wieder senkrecht auf die Oberfläche steht. Mit ihm natürlich auch noch alle anderen mit. Im Endeffekt geht dieser Ausgleichvorgang recht schnell, so dass man sagen kann, dass die Feldlinien immer senkrecht zu der Oberfläche stehen.
spectre8 hat folgendes geschrieben:
(3) Weshalb nimmt der elektrische Wiederstand eines Leiters im allg. zu mit steigender Temperatur?

Ja, da bin ich mir eigentlich auch noch nicht so ganz sicher. Die Begründung, die ich schon oft gehört habe ist, dass durch stärkere Schwingung des Gitters es zu mehr Stößen zwischen Ladungsträger und Gitter käme, das den Ladungsträgern Energie weg nimmt und zu noch stärkeren Schwingungen im Gitter führt (also zu Wärme).
Diese Vorstellung ist zwar sehr "anschaulich", aber ich bin mir nicht sicher, ob sie wirklich so 100% richtig ist. Da ist vielleicht die Frage, was man wirklich unter "Stößen" versteht. Ich denke nicht, dass die Vorstellung richtig ist, dass die Gitteratome (oder Kerne?) quasi harte Kugeln sind, die irgendwie schwingen und die Elektronen auch harte Kügelchen, die durch das Gitter durch müssen und bei stärkeren Schwingungen des Gitters eben häufiger mit den Gitter-Kugeln zusammen stoßen. Ich müsste mir das nochmal genauer überlegen, aber ich denke, dass diese Vorstellung einfach zu naiv ist. Mal sehen, was mein Festkörperphysik-Buch dazu meint...

Gruß
Marco
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