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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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 Hans1996 Verfasst am: 11. Mai 2016 18:52 Titel: Kraft und Spannung auf DNA Fragment |
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Meine Frage:
Hallo liebes Forum,
habe leider ein Problem und komme bei folgender Aufgabe einfach nicht weiter :(
Die Gel-Elektrophorese wird z.B. zur Auftrennung verschieden großer DNA Fragmente benutzt. Dabei wird über eine Gelkammer eine Spannung angelegt, die eine Kraft auf die (geladenen) DNA Fragmente ausübt.
Aufgabe 1:
Pro 1,7 nm Länge hat DNA eine negative Elementarladung -e. Ein lineares Stück DNA mit 10000 Basenpaaren (10 kpb) ist ca. 3,4 ?m lang. Wieviel Ladung hat das ganze DNA Stück?
Aufgabe 2:
Für gute Ergebnisse wird eine Feldstärke E von ca. 5 V/cm empfohlen. Die Gelkammer ist 70 mm lang. Welche Spannung muss man anlegen?
Aufgabe 3:
Welche Kraft wirkt auf das DNA Fragment in der Gelkammer?
Aufgabe 4:
DNA hat eine molare Masse von ca. 650 g pro Basenpaar. Wie groß ist die gewichtskraft der Erde auf das DNA Fragment?
Meine Ideen:
Aufgabe 1 & 2 sind noch kein Problem.
Aufgabe 1
Rechenweg: 3.400nm/1,7nm = 2.000 -> 2.000*e=-3,2*10^-16C
Aufgabe 2
Rechenweg: U=E*d -> 5 V/cm*7cm= 35V
Leider komm ich bei Aufgabe 3 & 4 einfach nicht weiter. Ich weiß zwar die Ergebnisse (-1,6*10^-13N bei Aufgabe 3 und 1,1*10^-19N bei Aufgabe 4), aber ich hab unglücklicherweise keine Ahnung wie der Rechenweg dafür aussieht. Hab schon so einiges ausprobiert, bin aber immer kläglich gescheitert 
Ich wäre euch wirklich unendlich dankbar wenn ihr mir weiterhelfen könntet. Im Unterricht hab wir solche Rechnungen nicht wirklich besprochen...
Schon mal im Voraus vielen Dank für die Hilfe! |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 11. Mai 2016 20:08 Titel: Re: Kraft und Spannung auf DNA Fragment |
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| Hans1996 hat Folgendes geschrieben: | | Hab schon so einiges ausprobiert, bin aber immer kläglich gescheitert |
Dann lass uns doch an Deinem Scheitern teilhaben und Dir dabei unter die Arme greifen... |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 12. Mai 2016 09:38 Titel: |
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Ja klar, aber bitte nicht lachen 
Also Aufgabe 4 glaube ich gelöst zu haben, bin mir aber nicht sicher:
Die Formel der Gewichtskraft beträgt G = m*g
Somit: G = 0,65kg*9,81m/s^2 = 6,3765N
Das dividiere ich anschließend durch 6,022*10^23 für die Gewichtskraft eines Basenpaares und multipliziere es im Anschluss mit 10.000 (da das besagte DNA Fragment wohl 10.000 Basenpaare besitzt?).
Das Ergebnis: 1,0589*10^-19N
Kann das so stimmen?
Bei Aufgabe 3 weiß ich leider nicht wirklich weiter...
Habe es mit der Formel der Coulombkraft versucht, glaube aber da bin ich auf dem Holzweg oder? |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 12. Mai 2016 11:16 Titel: |
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| Hans1996 hat Folgendes geschrieben: |
Also Aufgabe 4 glaube ich gelöst zu haben, bin mir aber nicht sicher:
Die Formel der Gewichtskraft beträgt G = m*g
Somit: G = 0,65kg*9,81m/s^2 = 6,3765N
Das dividiere ich anschließend durch 6,022*10^23 für die Gewichtskraft eines Basenpaares und multipliziere es im Anschluss mit 10.000 (da das besagte DNA Fragment wohl 10.000 Basenpaare besitzt?).
Das Ergebnis: 1,0589*10^-19N
Kann das so stimmen?
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Ich hab die Zahlen nicht überprüft, aber der Weg ist richtig.
| Zitat: |
Bei Aufgabe 3 weiß ich leider nicht wirklich weiter...
Habe es mit der Formel der Coulombkraft versucht, glaube aber da bin ich auf dem Holzweg oder? |
Vllt von ganz vorne: Warum wirkt denn überhaupt eine Kraft auf das Molekül? |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 12. Mai 2016 15:10 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Vllt von ganz vorne: Warum wirkt denn überhaupt eine Kraft auf das Molekül? |
Hm.. Wegen der Spannung die angelegt wird? Also die 5V/cm?  |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 12. Mai 2016 15:18 Titel: |
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| Hans1996 hat Folgendes geschrieben: | | jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Vllt von ganz vorne: Warum wirkt denn überhaupt eine Kraft auf das Molekül? |
Hm.. Wegen der Spannung die angelegt wird? Also die 5V/cm? |
Ja ... aber Spannung hat die Einheit V, welche Größe hat die Einheit V/cm? und Wie kann ich diese mit der Kraft auf eine Ladung verbinden? |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 12. Mai 2016 15:18 Titel: |
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| Hans1996 hat Folgendes geschrieben: | | jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Vllt von ganz vorne: Warum wirkt denn überhaupt eine Kraft auf das Molekül? |
Hm.. Wegen der Spannung die angelegt wird? Also die 5V/cm? |
Ja ... aber Spannung hat die Einheit V, welche Größe hat die Einheit V/cm? und Wie kann ich diese mit der Kraft auf eine Ladung verbinden? |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 12. Mai 2016 16:27 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Ja ... aber Spannung hat die Einheit V, welche Größe hat die Einheit V/cm? und Wie kann ich diese mit der Kraft auf eine Ladung verbinden? |
Die Feldstärke hat die Einheit V/m. 5V/cm wären somit 500V/m bzw. 500 Newton pro Coulomb. Wobei ich wieder bei der Formel der Coulombkraft wäre... Es tut mir leid, aber ich komm hier einfach nicht weiter |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 13. Mai 2016 20:38 Titel: |
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Es tut mir Leid, aber ich komm trotzdem nicht weiter... Ich hab einfach keine Ahnung wie ich das umrechnen soll? |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 15. Mai 2016 11:19 Titel: |
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Okay ich bin jetzt auf folgendes Ergebnis gekommen:
Die Feldstärke beschreibt quasi die Kraft pro Ladung wenn ich das richtig verstehe? Nun haben wir bei der Aufgabe eine Feldstärke von 500 V/m bzw. 500 Newton / Coulomb und eine Gesamtladung von -3,2 * 10^-16C.
Ich teile nun einfach die 500 N/C durch -3,2*10^-16C.
Das Ergebnis beträgt nun -156,25 * 10^-16N. Gerundet also -1,6 * 10^-14N.
Ist der Weg so korrekt? Leider stimmt das Ergebnis nämlich mit der Lösung nicht wirklich überein. Denn diese beträgt -1,6 * 10^-13N? |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 15. Mai 2016 12:10 Titel: |
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| Hans1996 hat Folgendes geschrieben: |
Die Feldstärke beschreibt quasi die Kraft pro Ladung wenn ich das richtig verstehe? Nun haben wir bei der Aufgabe eine Feldstärke von 500 V/m bzw. 500 Newton / Coulomb und eine Gesamtladung von -3,2 * 10^-16C.
Ich teile nun einfach die 500 N/C durch -3,2*10^-16C.
Das Ergebnis beträgt nun -156,25 * 10^-16N. Gerundet also -1,6 * 10^-14N.
Ist der Weg so korrekt? Leider stimmt das Ergebnis nämlich mit der Lösung nicht wirklich überein. Denn diese beträgt -1,6 * 10^-13N? |
Du hast die richtige Gleichung falsch benutzt. Wenn du bei den Einheiten vorsichtiger gewesen wärest, wäre dir das aufgefallen. |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 15. Mai 2016 13:43 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Du hast die richtige Gleichung falsch benutzt. Wenn du bei den Einheiten vorsichtiger gewesen wärest, wäre dir das aufgefallen. |
Vielen Dank für deine Geduld und Hilfe
Jedoch weiß ich nicht was du damit meinst? Die Einheiten sind falsch? Es gilt doch, dass die Feldstärke in Newton pro Coulomb bzw. Volt pro Meter angegeben wird. Und die Gesamtladung wird hier auch in Coulomb angegeben? Dementsprechend streiche ich das C weg und übrig bleibt Newton?
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 15. Mai 2016 13:52 Titel: |
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Wenn Du N/C durch C teilst (wie Du es laut eigener Beschreibung getan hast), dann erhaelst Du N/C^2. |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 15. Mai 2016 17:14 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Wenn Du N/C durch C teilst (wie Du es laut eigener Beschreibung getan hast), dann erhaelst Du N/C^2. |
Danke dir!
Hm, verstehe... Dann sind die Zahlen mit denen ich gerechnet habe so nicht korrekt (abgesehen von der Einheit)? |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 18. Mai 2016 16:31 Titel: |
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Gott ich bin so bescheuert 
Okay, die Lösung ist 500*(-3,2)*10^-16 korrekt? |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8576
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| jh8979 Verfasst am: 18. Mai 2016 16:35 Titel: |
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| Hans1996 hat Folgendes geschrieben: |
Okay, die Lösung ist 500*(-3,2)*10^-16 korrekt? |
Da fehlen die Einheiten. |
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Hans1996
Anmeldungsdatum: 12.05.2016
Beiträge: 10
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| Hans1996 Verfasst am: 18. Mai 2016 16:43 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Da fehlen die Einheiten. |
500 N/C * (-3,2*10^-16) C = -1,6 * 10^-13 N
Stimmt das so? |
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