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Formeleditor
[quote="prest"]Versuchsaufbau: Wir haben zwei quadratische Aluminiumplatten gegenübergestellt und beide mit einer Spannungsquelle von 10V geladen und trennen dann die Kondensatorplatten von der Quelle. Sie berühren sich nicht und wir nehmen an sie befinden sich im Vakuum. Formel auf die ich mich hier beziehe ist U=W/Q, also Spannung ist gleich Arbeit durch Ladung. Wenn ich nun also also den Abstand der Platten verdopple, dann verdopple ich ja W, wodurch dann logischer Weise auch U verdoppelt wird, da die Ladung gleich bleibt. Frage aus dem Buch: Was passiert wenn man die Spannungsquelle wieder anschließt? Meine Antwort : Q müsste sich verdoppeln, damit die Formel ausgeglichen wird. So Weit ich weiß, ist das aber falsch. Die Spannung beträgt nun wieder 10V und laut Buch hat sich die Ladung halbiert. Frage 1: Was ist mit der Energie passiert? Da wir die Entfernung der Platten ja verdoppelt haben, ist die W doppelt so groß. Wenn U wieder 10V wird und die Ladung nur noch 0,5Q ist muss sich doch W vierteln oder nicht? Ich weiß da nicht wirklich weiter. Nächste Frage: Legt man eine der Platten auf eine Waage und tariert sie und positioniert die andere Platte darüber, dann zeigt die Waage einen negativen Wert an, der der Anziehung entspricht Verfrachtet man den Versuch auf den Mond, ändert sich dann etwas? Meine Überlegung: Da auf dem Mond die Anziehungskraft geringer ist "schwebt" die Platte ein kleines Stück höher, wodurch die Waage einen größeren negativen Wert anzeigen wird als auf der Erde. Frage 2:Ist diese Überlegung richtig? Kann man das irgendwie beweisen? Die Anziehungskraft muss ja gleich bleiben. Frage 3: Ändert sich die Anziehungskraftbei verdoppelter Fläche der Kondensatoren? Meine Überlegung: Bei Trennung von der Spannugsquelle nicht. Laut Buch bei wiederanschluss an die Quelle ja. Ich verstehe hier nicht ganz warum, man geht davon aus, dass die Masse gleich bleibt, wie kann sich dann die Anziehung ändern, obwohl man nur die Fläche ändert? Die Ladung muss sich dann ja ändern, damit eine höhere Anziehung vorliegt, aber wie kann sie sich noch weiter erhöhen, wenn die Masse die geladen werden kann gleich bleibt, und die Spannung ebenfalls? Ich würde mich sehr über Antworten, oder Hilfestellung, die es mir ermöglich selber zum Ergenis zu kommen, sehr freuen. mfg prest[/quote]
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GvC
Verfasst am: 05. Nov 2011 20:52
Titel:
Brot hat Folgendes geschrieben:
Wenn die Spannungsquelle getrennt ist und die Plattengröße erhöht wird (wir nehmen an, das ginge), dann ändert sich (siehe Frage 1) die Ladung (sie wird kleiner).
Nein, die Ladung bleibt gleich. Wo soll sie denn hin, wenn die Spannungsquelle abgetrennt ist? Was sich ändert, ist die Flächenladungsdichte und damit die Verschiebungsdichte D=Q/A und damit die Feldstärke E=D/epsilon und damit die Kraft F=(1/2)*Q*E.
Das lässt sich auch über den bereits genannten grundsätzlichen Zusammenhang Q=C*U herleiten. Eine Vergrößerung der Platten bedeutet eine Vergrößerung der Kapazität und damit bei konstanter Ladung eine Verringerung der Spannung. Eine Verringerung der Spannung bedeutet bei gleichem Plattenabstand aber eine Verringerung der Feldstärke und damit (s.o.) eine Verringerung der Kraft.
Was das alles mit der Masse zu tun haben soll, ist mir schleierhaft.
prest
Verfasst am: 05. Nov 2011 19:20
Titel: Re: Verständnisfragen zu Kondensatorplattenversuch
Brot hat Folgendes geschrieben:
Steht in deinem Buch wirklich konkret drin, dass die Masse gleich bleibt, oder nimmst du das nur an? Wenn die Spannungsquelle getrennt ist und die Plattengröße erhöht wird (wir nehmen an, das ginge), dann ändert sich (siehe Frage 1) die Ladung (sie wird kleiner). Die Anziehungskraft (Coulomb-Kraft) hängt aber von Ladung ab. Wenn die Spannungsquelle nun wieder angeschlossen wird, dann können die größeren Platten weiter geladen werden und die Ladung steigt an. Also vergrößert sich auch die Coulombkraft zwischen den Ladungen.
Beziehst du dich hierbei auf die Annahme, dass die masse gleichbleibt oder verändert wird?
1) Ich gehe davon aus, die Masse verändert sich, dann verstehe ich nicht wieso die Ladung kleiner wird, sie würde sich doch nur auf die neue fläche verteilen, die hinzukommt, die Anzahl der Ladungen (negativ, oder positiv) müsste dann gleich bleiben nur in relation zur Masse kleiner werden.
2)Ich gehe davon aus, die Masse verändert sich nicht, dann verstehe ich nicht, wie bei gleichbleibender Masse die Ladung kleiner werden kann. Wenn ich eine Platte presse und somit die Fläche verdopple (angenommen ohne Ladungsverlust) kann sich doch die Anzahl der Ladungen nicht ändern oder? Die Anzahl der Elektronen bleibt dann doch im günstigsten Falle gleich.
GvC
Verfasst am: 05. Nov 2011 12:32
Titel:
@prest
Du beziehst Dich auf die falsche Formel. W=Q*U ist die Energie, die eine Spannungsquelle abgeben muss, um einen Kondensator zu laden. In dem ist dann allerdings nur die Hälfte davon gespeichert: W
gesp.
=(1/2)Q*U.
Die Gleichung, die die Verhältnisse am Kondensator richtig wiedergibt, ist
Q=C*U
Die legst Du allen Überlegungen zu Deiner Aufgabe zugrunde. Dabei gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Szenarien:
1. Spannungsquelle bleibt angeschlossen ---> U=const.
2. Spannungsquelle wird abgetrennt ---> Q=const.
Für die Kraftwirkung zwischen den Platten gilt: F=(1/2)*Q*E=(1/2)C*U*E=(1/2)*C*U²/d
Sie ist, wie man sieht, völlig unabhängig von der Gewichtskraft.
Brot
Verfasst am: 05. Nov 2011 12:13
Titel: Re: Verständnisfragen zu Kondensatorplattenversuch
prest hat Folgendes geschrieben:
Meine Antwort : Q müsste sich verdoppeln, damit die Formel ausgeglichen wird.
So Weit ich weiß, ist das aber falsch. Die Spannung beträgt nun wieder 10V und laut Buch hat sich die Ladung halbiert.
Wie kommst du zu dieser Formel? Physikalisch ist es so, dass du nicht, wenn du den Plattenabstand vergrößerst, eine größere Spannung erhältst, sondern du eine größere Spannung
benötigst
, um dann die gleiche Ladung im Kondensator zu halten. Da die Spannungsquelle aber wahrscheinlich eine konstante Spannung liefert, verringert sich die Ladung.
Zitat:
Da wir die Entfernung der Platten ja verdoppelt haben, ist die W doppelt so groß.
Wie kommst du darauf? Kannst du das z.B. anhand einer Formel zeigen?
Zitat:
Meine Überlegung: Da auf dem Mond die Anziehungskraft geringer ist "schwebt" die Platte ein kleines Stück höher, wodurch die Waage einen größeren negativen Wert anzeigen wird als auf der Erde.
Frage 2:Ist diese Überlegung richtig? Kann man das irgendwie beweisen?
Du kannst dir eine Skizze anfertigen, in die du alle Kräfte einträgst. Dann kannst du ausrechnen, was passiert.
Zitat:
Frage 3: Ändert sich die Anziehungskraftbei verdoppelter Fläche der Kondensatoren?
[..]
Laut Buch bei wiederanschluss an die Quelle ja.
Ich verstehe hier nicht ganz warum, man geht davon aus, dass die Masse gleich bleibt
Steht in deinem Buch wirklich konkret drin, dass die Masse gleich bleibt, oder nimmst du das nur an? Wenn die Spannungsquelle getrennt ist und die Plattengröße erhöht wird (wir nehmen an, das ginge), dann ändert sich (siehe Frage 1) die Ladung (sie wird kleiner). Die Anziehungskraft (Coulomb-Kraft) hängt aber von Ladung ab. Wenn die Spannungsquelle nun wieder angeschlossen wird, dann können die größeren Platten weiter geladen werden und die Ladung steigt an. Also vergrößert sich auch die Coulombkraft zwischen den Ladungen.
prest
Verfasst am: 05. Nov 2011 11:13
Titel: Verständnisfragen zu Kondensatorplattenversuch
Versuchsaufbau: Wir haben zwei quadratische Aluminiumplatten gegenübergestellt und beide mit einer Spannungsquelle von 10V geladen und trennen dann die Kondensatorplatten von der Quelle.
Sie berühren sich nicht und wir nehmen an sie befinden sich im Vakuum.
Formel auf die ich mich hier beziehe ist U=W/Q, also Spannung ist gleich Arbeit durch Ladung.
Wenn ich nun also also den Abstand der Platten verdopple, dann verdopple ich ja W, wodurch dann logischer Weise auch U verdoppelt wird, da die Ladung gleich bleibt.
Frage aus dem Buch: Was passiert wenn man die Spannungsquelle wieder anschließt?
Meine Antwort : Q müsste sich verdoppeln, damit die Formel ausgeglichen wird.
So Weit ich weiß, ist das aber falsch. Die Spannung beträgt nun wieder 10V und laut Buch hat sich die Ladung halbiert.
Frage 1: Was ist mit der Energie passiert?
Da wir die Entfernung der Platten ja verdoppelt haben, ist die W doppelt so groß. Wenn U wieder 10V wird und die Ladung nur noch 0,5Q ist muss sich doch W vierteln oder nicht? Ich weiß da nicht wirklich weiter.
Nächste Frage: Legt man eine der Platten auf eine Waage und tariert sie und positioniert die andere Platte darüber, dann zeigt die Waage einen negativen Wert an, der der Anziehung entspricht Verfrachtet man den Versuch auf den Mond, ändert sich dann etwas?
Meine Überlegung: Da auf dem Mond die Anziehungskraft geringer ist "schwebt" die Platte ein kleines Stück höher, wodurch die Waage einen größeren negativen Wert anzeigen wird als auf der Erde.
Frage 2:Ist diese Überlegung richtig? Kann man das irgendwie beweisen? Die Anziehungskraft muss ja gleich bleiben.
Frage 3: Ändert sich die Anziehungskraftbei verdoppelter Fläche der Kondensatoren?
Meine Überlegung: Bei Trennung von der Spannugsquelle nicht.
Laut Buch bei wiederanschluss an die Quelle ja.
Ich verstehe hier nicht ganz warum, man geht davon aus, dass die Masse gleich bleibt, wie kann sich dann die Anziehung ändern, obwohl man nur die Fläche ändert? Die Ladung muss sich dann ja ändern, damit eine höhere Anziehung vorliegt, aber wie kann sie sich noch weiter erhöhen, wenn die Masse die geladen werden kann gleich bleibt, und die Spannung ebenfalls?
Ich würde mich sehr über Antworten, oder Hilfestellung, die es mir ermöglich selber zum Ergenis zu kommen, sehr freuen.
mfg prest