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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Elektrotechnik Aufgabe


Neylo
2013-10-30, 11:21:31
Hallo Liebe Gemeinde, Ich hoffe dass hier ein paar E-Techniker unterwegs sind denn ich habe eine Aufgabe, bei der ich nicht mal auf einen vernünftigen Ansatz komme und hoffe daher hier auf Hilfe. Bevor alles wieder schreit, ich will keine lösung sondern einen Ansatz sodass ich selbst rechnen und es verstehen kann. Falls es hier falsch ist, bitte verschieben! So zur Aufgabe:

Wie stark muss das von einem Kondensator erzeugte elektrische Feld sein, um
einen elektrisch geladenen K¨orper mit der Ladung q = 2, 1 · 10−2 C und der Masse m = 14 mg
zwischen den Kondensatorplatten schweben zu lassen?
Die Erdbeschleunigung betr¨agt g = 9, 81
m

Meines erachtens nach muss ich die Felder der Kondensatoren doch durch 2 teilen, da es zwischen zwei Platten schwebt, oder erzeugt nur eine von beiden den Schwebezustand?

Es muss hier eine kraft aufgewendet werden also brauche ich eine Formel mit F, oder nicht?

Ein Feld entsteht meines Wissens nach durch zwei Ladungen Q1 und Q2 und wir mit E bezeichnet! Hilft mir hier also die Formel E1= F2/Q2?
wobei F2 hier die Kraftwirkung ist.

Ich weiß dass es in einem Vacuum ist, demnach ist dieser "Widerstand" zu vernachlässigen!

Ich hoffe ihr habt Ansätze/Formeln die mir weiterhelfen!
Danke schonmal im Vorraus Mfg Neylo

kasir
2013-10-30, 11:28:24
Es muss ein Kräftegleichgewicht vorhanden sein zw. der Coulombschen Kraft und der Gravitation.

Anbei: Jede Ladung erzeugt ein Feld und Felder halbieren ist nonsense. Die Coulombsche Kraft lautet F=Q1*E, dabei übt das E-Feld der Ladung Q2 eine Kraft auf die Ladung Q1 aus. Das E-Feld ist wie die Gravitation ein Kraftfeld. Ach bei deinem Problem handelt es sich um den Millikan-Versuch.

Neylo
2013-10-30, 11:31:07
Ja das gehört wohl in den "Bereich" Coloumbkraft, diese ist ja definiert als [Q] = 1 Coulomb = 1C = 1 As. Doch das bringt mich leider auch nicht weiter....

kiX
2013-10-30, 11:31:46
Letzten Endes läuft das auf ein Kräftegleichgewicht zwischen der Erdanziehungskraft ("auf" die Masse des Teilchens) und der elektrostatischen Kraft des elektrischen Feldes ("auf" die Ladung des Teilchens) hinaus.
FG = - Fq (wobei F hier Vektoren sind)


FG = m * g
Fq = q * E
-> m * g = q * E
->> E = m * g / q


edit: die "Coulombkraft" ist ganz sicher nicht definiert als [Q]. Das ist die Einheit ("[]") der Ladung (Q).

Neylo
2013-10-30, 11:37:09
In den Lösungsspoiler schau ich mal nicht, aber sehe ich das richtig, dass demnach Fq größer sein muss als die erdanziehungskraft, was auch logischer weise der Grund ist warum diese hier angegeben wurde?

kasir
2013-10-30, 11:39:45
In den Lösungsspoiler schau ich mal nicht, aber sehe ich das richtig, dass demnach Fq größer sein muss als die erdanziehungskraft, was auch logischer weise der Grund ist warum diese hier angegeben wurde?

Nein sie muss GLEICH sein! Ansonsten würde dein Teilchen in die andere Richtung abhauen. Sobald auf einen Körper/Ladung eine Kraft wirkt, wird dieser beschleunigt, dabei ändert sich der Betrag der Geschwindigkeit und/oder die Richtung der Geschwindigkeit. Du willst ja, dass das Teilchen zwischen den Kondensator platten schwebt, sich also nicht bewegt, deswegen muss ein GLEICHGEWICHT zwischen den wirkenden Kräften herrschen, sodass diese sich gegenseitig aufheben.

Neylo
2013-10-30, 11:42:56
Okay also ist das Feld demnach der ausgleich von Fq und FG wobei G der Gravitationskraft entspricht?
Edit: ich muss also FG= -Fq nach E umformen, soweit so gut, ganz blöd gefragt (finde ich auch nirgends in meinen Unterlagen) Welche Einheit hat E? Nicht dass ich etwas falsch rauskürze denn, es fällt sofort auf dass es mg und m/s gibt! (und ja ich bin schwer von Begriff, wobei mir hier auch klar ist, dass ein milli bezeichnet und das andere Meter)

kasir
2013-10-30, 11:51:00
Okay also ist das Feld demnach der ausgleich von Fq und FG wobei G der Gravitationskraft entspricht?

Von der Idee an sich wohl richtig, aber von der Formulierung falsch. Dein Modell sieht wie folgt aus: dein Versuchsaufbau befindet sich in einem Raum, in diesem Raum existieren jetzt zwei Felder, das Gravitationsfeld und das Elektrische Feld. Diese Felder überlagern sich in diesem Raum und üben auf jedes Teilchen, dass eine Masse oder Ladung besitzt eine Kraft aus. Du weißt, dass die Gravitation nach unten zeigt, also Richtung Boden. Dein Kondensator ist so aufgestellt, dass die positiv geladene Platte oben ist, sodass das elektrische Feld nach oben zeigt. Du willst jetzt ein Gleichgewicht, d.h. Gravitationskraft und Coulombsche Kraft sind betragsmäßig gleich groß und entgegengesetzt orientiert (Kraftfelder sind Vektorfelder). Nach dem 1. Newtonschen Axiom bleibt ein Körper in Ruhe, d.h. er bewegt sich nicht, wenn auf ihm keine Kraft wirkt. Die gesamte wirkende Kraft auf ein Objekt berechnet man durch superponierung aller wirkenden Kräfte.

Edit: Einheit vom E-Feld ist Volt pro Meter [V/m], steht aber auch bei Wiki :rolleyes:
Edit: Ach vergiss bloß nicht im SI-Einheiten System zu rechnen, d.h. das Gewicht deiner Ladung in kg umzurechnen.

Neylo
2013-10-30, 11:57:03
Wunderbar! Veranschaulichung hilft! Danke! Bleibt nur noch die Frage nach der Einheit von E? Und was ist der unterschied zwischen Fg und FG? Denn wenn ich richtig liege ist FG/m=g und demnach FG=m*g (zumindest laut meinen Unterlagen)!

kasir
2013-10-30, 12:02:18
Wunderbar! Veranschaulichung hilft! Danke! Bleibt nur noch die Frage nach der Einheit von E? Und was ist der unterschied zwischen Fg und FG? Denn wenn ich richtig liege ist FG/m=g und demnach FG=m*g (zumindest laut meinen Unterlagen)!

Ich helf ja gerne, aber das ist jetzt einfach Faulheit von dir. Auf wikipedia findest du alle Formeln mit Beschreibung der einzelnen Parameter.

Neylo
2013-10-30, 12:04:55
Stimmt wohl. Danke trotzdem! Weil nach meinen Vorstellungen\Rechenversuchen das Teilchen sonst wo gelandet wäre, aber sicher nicht in der Schwebe! In diesem Sinne: closed!