geladene Kugeln, bewegte Elektronen

randomguy · Anmeldungsdatum: 01.10.2007 Beiträge: 5

Hi.
Es geht um die Elektrizitätslehre, ich bin in der 12. Klasse im Leistungskurs Physik.

Ich schreibe am Donnerstag eine Klausur, und hab da 'n paar Probleme, und Übungsaufgaben. Wäre nett, wenn mir jemand mal grob die Wege erklären / darlegen könnte, bzw die Formeln welche ich da benötige...

Aufgabe 1
Zwei gleiche Kugeln von je 1,3*10^-2 N Gewichtskraft sind an je einem 0,45m langen, oben an demselben Punkt befestigten Faden aufgehaengt und tragen gleiche Ladungen. DIe Kugelmittelpunkte haben einen Abstand von 15 cm.

a) (Skizze +) Ladungen feststellen.
b) Wie verändert sich die Auslenkung, wenn Ladungen verdoppelt?

Aufgabe 2

Eine elektrisch neutrale Metallkugel vom Radius R = 5cm soll auf die Ladung Q = 10C aufgeladen werden.
a) Welche Arbeit ist dazu erforderlich?
b) Welche Spannung liegt dann an der Kugel?

Aufgabe 3
Durch ein Elektronenröhre fließt Strom von 10µA. Bestimme die Anzahl d. auftreffenden Elektronen auf die Anode pro Sekunde.

Aufgabe 4
Gegenfeldmethode: Eine Quelle liefert Elektronen unbekannter Energie. Diese treten parallel zu den elektrischen Feldlinien in ein elektrisches Feld, dessen Potentialdifferenz variiert werden kann.. NAch dem Durchlaufen des Feldes treffen diese auf einen Leuchtschirm. Wie groß ist die mittlere Eintrittsgeschwindigkeit der Elektronen, wenn diese bei einer Gegenspannung von 315V gerade den Leuchtschirm nicht mehr erreichen?

Wie gesagt, wäre sehr nett wenn mir jemand von euch mal zu einer der Aufgaben (oder auch mehreren.. je nachdem ob ihr so nett seid Augenzwinkern

) die Formeln bzw die Denkschritte, die ich da benötige / ablaufen muss, darlegen könnte.

Die Skizze in 1a ist irrelevant, die habe ich bereits..

Danke & mfG.. randomguy Augenzwinkern

magneto42 · Anmeldungsdatum: 24.06.2007 Beiträge: 854

Hallo randomguy Willkommen

.

1b)
Es ist nach einem Kräftegleichgewicht gefragt. Welche Kräfte sind das? Wie stehen sie zueinander?

2a)
Welche Kapazität hat eine Kugel? Kennst Du die Formel für die Energie des Elektrischen Feldes oder sollst Du die Beziehung herleiten? Man kann dafür z.B. beim Coulomb-Gesetz anfangen.

2b)
Kennst Du einen Zusammenhang von Kapazität, Ladung und Spannung?

3)
Was bedeutet Strom? Was hat er mit der Ladung zu tun? Welche Ladung hat ein Elektron?

4)
Hier wählt man den Ansatz der Energieerhaltung. Welche Energieen sind für das Elektron relevant? Warum müssen die Energien gleich sein?

Kannst Du damit schon etwas anfangen. Magst Du einmal ansetzten die Aufgaben zu lösen. Wir sehen hier dann mal weiter ...

randomguy · Anmeldungsdatum: 01.10.2007 Beiträge: 5

Aufgabe 1a habe ich mal gelöst, gibts da nicht noch einen kürzeren, einfacheren Weg? Ist das so überhaupt korrekt?

Bei 1b weiß ich nicht, wie ich das berechnen soll.

Muss ich einfach in W = 1/(4*pi*e0) * (q*Q/d)
für q*Q -> 4*q einsetzen? weil 2*q wären ja beide Kugeln normal... aber das geht ja nicht, weil die Kugeln dann höher geschoben worden werden würden... und dann wäre W wieder anders... jemand nen Tipp oder Lust mir die Aufgabe quasi als Musterlösung zu zeigen? smile

EDIT: Lösung von 1a vergessen:

magneto42 · Anmeldungsdatum: 24.06.2007 Beiträge: 854

Ich muß Dich leider enttäuschen, aber das Ergebnis ist so nicht richtig. Schau Dir das Bild an und versuche aus der Beziehung von

und

etwas zu machen.

Musterlösungen werden Dir hier unter Garantie nicht abgeliefert. Du sollst Dabei schließlich etwas lernen. Und das geht nur, wenn Du Dich selbst mit den Klippen der Aufgabenstellung auseinandersetzt. Wir helfen hier gerne bei konkreten Problemen weiter.

randomguy · Anmeldungsdatum: 01.10.2007 Beiträge: 5

Hi,
Danke für das Bild, jedoch bringt mich das irgendwie kein Stück weiter... Habs nich so mit Winkeln.. Ist der Weg den ich "beschritten" habe komplett falsch?
Ansonsten frage ich einen meiner Mitschüler nochmal, oder den Lehrer oder sonstwen...

EDIT: In dem Bild sieht das aus, als wäre d = h. . passt das, oder hab ich n schiefen Blick auf die Sache?

magneto42 · Anmeldungsdatum: 24.06.2007 Beiträge: 854

Dein Weg führt leider nicht zum Ziel, Du mußt also den klassischen Ansatz beschreiten. Aber Du kannst Dir die Arbeit erleichtern indem Du die Kleinwinkelnäherung anwendest. Das ist hier zwar hart an der Kante des erlaubten, vereinfacht die Rechnung aber ungemein, insbesondere für den b)-Teil. Es gilt hier

Versuch es doch mal, Du schaffst das schon.

PS:
Die geometrischen Abmessungen im Bild sind zufällig gewählt.

t.t. · Anmeldungsdatum: 04.10.2007 Beiträge: 113 Wohnort: Konstanz

Morgen randomguy, magneto

sorry dass ich mich einmische, aber ich finde den Ansatz über die potentielle Energie relativ innovativ.

In der Ruhelage muss ja das effektive Potential (bestehend aus Coulmbpotential und Gravitationspotential) ein Extremum (bzw Minimum) aufweisen. [Genau hier ist der Fehler: Das Potential muss nicht verschwinden]

Stellt man nun die Formel für das effektive Potential auf, so kann man dieses als Funktion des unbekannten Abstands schreiben. Als bedingung für ein Extremum muss die Ableitung des Potentials nach d verschwinden. Das führt auf die gleiche Lösung wie der Kräfteansatz.

Wollte ich nur mal so am Rande bemerken Augenzwinkern

Gruß T.T.

magneto42 · Anmeldungsdatum: 24.06.2007 Beiträge: 854

Hallo T.T.

Das Minimierungsprinzip der potentiellen Energie kam mir bei dieser Standardaufgabe noch nie in den Sinn. Es ist Elegant und man muß sich nicht darum kümmern welche Kraft wo angreift und wohin sie zeigt. Sehr schön Thumbs up!

.

t.t. · Anmeldungsdatum: 04.10.2007 Beiträge: 113 Wohnort: Konstanz

Ich bin nur drauf gekommen, weil randomguy mit den potentiellen Energien gerechnet hat, und das Porblem natürlich auch so Lösbar sein muss.
Das Problem bei seiner Rechnung war nur, dass er die Nullstelle des Potentials bestimmt hat und diese fällt nicht notwendigerweiße mit dem Minimum zusammen.