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Punktladung in Hohlkugel - Nicht konzentrisch
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Foren-Übersicht -> Physik-Forum -> Punktladung in Hohlkugel - Nicht konzentrisch
 
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JohnLemon
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Anmeldungsdatum: 28.03.2014
Beiträge: 5

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 12:01:18    Titel: Punktladung in Hohlkugel - Nicht konzentrisch

Hallo Wink

Ich hätte ne kleine Frage an euch, bin erst im 2. Semester und wir haben erst mit elektrostatik begonnen, also wird die Antwort hier nicht extrem sein (habe gegoogelt und was mit spiegelladungen usw. gefunden, aber auf soetwas sollte das NICHT hinauslaufen Very Happy)

(Vielleicht übersehe ich nur den leichtesten Weg, aber ich Hänge momentan)

Aufgabe:
Gegeben sei eine Hohlkugel aus leitendem Material mit einem Radius R. Darin sei eine Punktladung (-9 MikroC) an einem Punkt im Abstand R/2 von der Mitte der Hohlkugel angebracht. Die Schale der Hohlkugel sei elektrisch neutral.

A) Auf der inneren Oberfläche der Hohlkugel werden welche Ladungen induziert? sind die inhomogen oder homogen verteilt?

Ich denke mal positiv und inhomogen. Positiv weil die Ladung im Inneren negativ ist, somit durch Influenz negative Ladungen an der Oberfläche induziert. Inhomogen, da die Ladung nicht im Mittelpunkt ist, und eine inhomogene Verteilung notwendig ist damit das Feld im Inneren = 0 ist. (Durch die Punktladung kann ich die Innenseite quasi wie eine geladene Hohlkugel betrachten?)

B) Auf der äußeren Oberfläche werden welche Ladungen induziert? Inhomogen oder homogen?

Negativ und homogen. Negativ weil die Positiven durch die Influenz ja eher auf der Innenseite sind. Da Innenseite mit Punktladung jetzt zusammen "feldfrei" sind verteilen diese sich homogen (naja kann man das so begründen, ist das überhaupt ansatzweise richtig? hab es mal gegoogelt und alle streitn sich darüber mit formeln weit über meinem derzeitigen Wissen, wobei die meisten sagen es ist homogen außen ^^)


C) welchen Verlauf zeigt das elektrische Feld außerhalb der Hohlkugel?
Wenn meine Begründung stimmt müsste dass wie die einer (negativ) geladenen Hohlkugel sein (obwohl die Schale neutral ist, aber die negative Ladung am äußeren Rand erzeugt dieses Feld, da Punktladung und positive auf innerer Seite sich aufheben.

D) welchen Verlauf zeigt das elektrische Feld innerhalb der Hohlkugel?
Sollte ja feldfrei sein..


Tut mir leid wenn ich Schwachsinn schreibe

Danke an alle die helfen! Very Happy
M_Hammer_Kruse
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Anmeldungsdatum: 06.03.2006
Beiträge: 8296
Wohnort: Kiel

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 12:36:24    Titel:

Bis auf D) ist das alles richtig. Das Innere ist nicht feldfrei. Das wird dir schnell klar, wenn du irgendwo im Inneren eine Probeladung positionierst. Was geschieht mit der?

Gruß
mike
JohnLemon
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Anmeldungsdatum: 28.03.2014
Beiträge: 5

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 13:18:08    Titel:

Hm wenn D nicht stimmt wäre ja meine Argumentation bei den anderen Antworten falsch wo ich behaupte dass Innenseite mit Punktladung feldfrei ist. (Eigentlich sollte ja die Kraft die auf die Punktladung wirkt=0 sein, somit auch die Kraft pro Ladung und somit ist E an diesem Punkt=0)
Bzw würde ich mir eine kleine weitere Punktladung vorstellen (z.B eine positive) würde ich sagen dass diese von der anderen Punktladung angezogen wird.
Somit sind diese aussagen irgendwie widersprüchlich
M_Hammer_Kruse
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Anmeldungsdatum: 06.03.2006
Beiträge: 8296
Wohnort: Kiel

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 13:26:21    Titel:

Bei A) ist nur dein letzter Halbsatz "damit das Feld im Inneren = 0 ist" falsch. Sprich: Du hast die richtige Antwort gegeben, sie aber falsch begründet.

Und nun: Es ist nicht gesagt, dass die Kraft auf erste die negative Punktladung null ist. Warum soll sie das sein?

Gruß
mike
JohnLemon
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Anmeldungsdatum: 28.03.2014
Beiträge: 5

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 14:18:59    Titel:

Weil sie sich nicht bewegt (vorallem weil es eine aufgabe der Elektrostatik ist), somit die Gesamtkraft = 0 ist. die negative Ladung bleibt bei R/2. Würde das elektrische Feld eine Kraft auf die Ladung ausüben würde diese sich doch bewegen, und das tut sie nicht.
as_string
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Anmeldungsdatum: 04.08.2006
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BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 14:55:08    Titel:

Nein, das ist so nicht gemeint: Die Punktladung kann auch einfach festgeklebt sein oder sonst was. Auf die Punktladung wirkt durchaus eine Kraft! Sie wird angezogen von der Kugel-Innenfläche, an der sie am nächsten ist.

Gruß
Marco
M_Hammer_Kruse
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Anmeldungsdatum: 06.03.2006
Beiträge: 8296
Wohnort: Kiel

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 15:00:01    Titel:

Wenn du zwei Kondensatorplatten hast und eine davon auflädst, dann bekommst du genauso eine entgegen gesetzte Influenzladung auf der anderen Platte. Aber der Raum zwischen den Kondensatorplatten ist dann keineswegs feldfrei.

In deinem Fall hast du gewissermaßen einen Zweischalen-Kugelkondensator (mit einer punktförmigen inneren Kugel). Der Raum dazwischen ist keineswegs feldfrei. Das zeigt das Gedankenexperiment mit der zusätzlichen Probeladung. Die wird - je nach Polarität - von der äußeren oder der inneren Kondensotor"platte" angezogen. Und wo eine Kraft auf eine Ladung wirkt, da ist ein elektrischens Feld.

Gruß
mike
JohnLemon
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Anmeldungsdatum: 28.03.2014
Beiträge: 5

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 16:03:49    Titel:

Achja, bevor ichs vergesse, danke für alle Antworten !

Gut, wenn dass so ist, ist es auch irgendwie logischer (dachte mir schon es ist komisch dass das nicht von der Innenwand angezogen wird wenn dort mehr elektronen sind und das näher ist).


In einem anderen Forum habe ich folgendes gelesen (zu einem äquivalenten Problem)

Die Ladungen sind positiv und homogen verteilt.
Homogen deshalb, da die Ladungen auf der Metalloberläche sich bewegen können und wegen der Kugelform keine Ladungsschwerpukte entstehen können.

Das würde dem dann ja widersprechen?
as_string
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Anmeldungsdatum: 04.08.2006
Beiträge: 2792
Wohnort: Heidelberg

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 16:30:19    Titel:

Ja, das ist Quatsch: Sobald ein äußeres Feld da ist (durch die Punktladung) ist natürlich die Ladung an der Oberfläche nicht mehr homogen verteilt. Das ist ja gerade der Witz.
Anders auf der Außenseite...

Gruß
Marco
JohnLemon
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Anmeldungsdatum: 28.03.2014
Beiträge: 5

BeitragVerfasst am: 28 März 2014 - 19:34:57    Titel:

Gut ich würde es jetzt so beantworten:
Die von der Punktladung induzierten positiven Ladungen auf der innenseite sind inhomogen verteilt, da die Punktladung die protonen auf einer Seite stärker anzieht (bzw elektronen abstößt). Zwischen innenseite und punktladung gibt es aber sehrwohl ein Feld (ermittelbar indem man linien senkrecht in die Kugel zeichnet die sich dann in die Punktladung hineinkrümmen).
Die Innenschicht und die negative Punktladung sind gemeinsam aber nach außen hin neutral(somit auch kein Feld welches Einfluss auf die äußere Schicht hat- Satz von Gauß) Somit endet der elektrische Fluss an der Innenseite.
Somit gibt es keinen Grund warum die Außenseite auch inhomogen verteilt sein sollte, da der rest ja bereits neutral ist.
Außen hätte ich dann aber kein Feld weil es wien ein Faradayscher Käfig wirkt.
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