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E-Feld im Rohr
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Second_Q



Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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Beitrag Second_Q Verfasst am: 23. Apr 2008 20:57    Titel: E-Feld im Rohr Antworten mit Zitat

Hallo, Prost

Ich habe eine Aufgabe bei der meine Forstgellungskraft nicht aus reicht.grübelnd

Also, in einem Rohr Durchmesser ( D ) 10 mm steckt ein Bolzen Durchmesser ( d ) 9,998 mm mit einer Fase am Ende. Das Rohr und die Fase werden elektrisch gleich aufgeladen nun das Problem wohin bewegt sich der Bolzen ( Masse 1 Kg) und mit wie viel Kraft bewegt er sich?
Und ist die endstehende Kraft vom Winkel der Fase abhängig?

Ich würde gerne dies Aufgabe grafisch darstellen, ich weiß aber nicht wie ich hir eine Zeichnung mit ein bringen kann.
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 24. Apr 2008 15:55    Titel: Antworten mit Zitat

Magst du deine Zeichnung einscannen oder in Paint malen, und dann diese Datei hier einfach als Anhang reinstellen?

Was genau meinst du mit "Fase"?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 24. Apr 2008 19:53    Titel: Antworten mit Zitat

Wie stellt man hir einen Anhang rein ?

Fase : brechen einer Kante, abschrägen.
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 02:40    Titel: Antworten mit Zitat

Second_Q hat Folgendes geschrieben:

Fase : brechen einer Kante, abschrägen.

Danke smile

Einen Anhang reinstellen geht einfach im Fenster, in dem man die Beiträge schreibt, unten unter "Attachment hinzufügen".
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 17:45    Titel: Antworten mit Zitat

ok!

ich versuch´s



Rohr.JPG
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Rohr.JPG


dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 18:12    Titel: Antworten mit Zitat

Prima, das Hochladen hat schon mal geklappt smile

Magst du mal mit dem einfachsten Teil der Aufgabe anfangen und sagen, in welche Richtung sich der Bolzen bewegt, wenn du weißt, dass seine Ladung dasselbe Vorzeichen trägt wie die des Zylinders?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 18:26    Titel: Antworten mit Zitat

Das weiß ich ja grade nicht ,des wegen würde ich es ja gerne wissen Bzw.: berechen wollen .
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 21:54    Titel: Antworten mit Zitat

Na, diese erste Frage kann man sich ja sicher auch schon mal ohne Rechnen überlegen:

Werden sich die gleichnamigen Ladungen anziehen oder abstoßen? Und in welche Richtung muss sich der Kolben dabei also bewegen?

(Soll der Kolben und sein abgeschrägtes Ende leitend miteinander verbunden sein? Soll sich also die Ladung auf dem gesamten Kolben verteilen können? Meint "Fase" nur das abgeschrägte Ende oder den gesamten Kolben innendrin?)
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 22:22    Titel: Antworten mit Zitat

nur das abgeschrägte Ende „die Fase“ und das Rohr sind elektrisch gleich aufgeladen der Kolben ist nicht elektrisch aufgeladen.

ich denk mal das sich das der Kolben nach links bewegen würde,

wieso: weil sich gleichnamigen Ladungen abstoßen
wieso in diese Richtung : weil die abstoßende kraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt oder?
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 22:32    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe noch nicht so recht nachvollzogen, wie du aus den Feststellungen

Second_Q hat Folgendes geschrieben:

weil sich gleichnamigen Ladungen abstoßen
weil die abstoßende kraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt oder


auf die Bewegungsrichtung folgerst. Magst du da mal auch das dazusagen, was du dir wahrscheinlich im Kopf dazugedacht und bisher nur noch nicht vollständig aufgeschrieben hast, um daraus eine volle Argumentationskette zu machen?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 23:01    Titel: Antworten mit Zitat

die abstoßende Kraft nimmt doch dem Quadrat der Entfernung ab

F=Q^2/(4*pi*e*r^2) e = E-Feld konstante

daher könnte sich der Kolben nach links bewegen?
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 23:02    Titel: Antworten mit Zitat

Was meinst du dabei konkret mit dem Q und dem r, und wie folgerst du daraus auf die Richtung? grübelnd
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 23:19    Titel: Antworten mit Zitat

F=Q^2/(4*pi*e*r^2) e = E-Feld konstante
Coulomb-Kraft im Vakuum
Q = elektrische Ladung vom Rohr und „Fase“
elektrische Ladung vom Rohr und „Fase“ sind identisch
r = (D-d)/2
da „die Fase“ einem bestimmten Winkel zum Rohr hat, nimmt ja r immer mehr zu.
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 23:22    Titel: Antworten mit Zitat

Magst du das am besten mal in eine Skizze einzeichnen, was du da meinst?

Wo zeichnest du da die Abstände ein, und wo stellst du dir die Ladungen Q (als Punktladungen?) vor? Wie kommst du aus diesen Überlegungen auf horizontal wirkende Kraftkomponenten?

Hilft es dir beim Gestalten einer solchen Skizze, wenn du mal versuchst, elektrische Feldlinien oder Äquipotentialflächen mit einzuzeichnen?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 23:57    Titel: Antworten mit Zitat

dermarkus hat Folgendes geschrieben:

Wo zeichnest du da die Abstände ein, und wo stellst du dir die Ladungen Q (als Punktladungen?) vor? Wie kommst du aus diesen Überlegungen auf horizontal wirkende Kraftkomponenten?
?

Punktladungen müste man erst übeer die Spannung berechen.

Die Elektrischen Ladungen von Rohr und der „Fase – abgeschrägte Kante“ sind identisch der Rest des Bolzens ist elektrisch geerdet.


so ungefähr



R2.JPG
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R2.JPG


dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 26. Apr 2008 12:30    Titel: Antworten mit Zitat

Sorry, meine Frage zum Stichwort Punktladungen war wohl missverständlich geraten. Es war eher als Rückfrage gemeint, ob du dir da wirklich nur zwei Punktladungen vorstellen möchtest, wenn du von nur zwei Abständen sprichst. Das werden natürlich eher Ladungsverteilungen als zwei Punktladungen sein.

Dein Kraftpfeil in der Skizze scheint mir noch keinen Sinn zu machen, denn ich sehe weder, was er mit den Ladungsverteilungen (magst du die mal in etwa mit einzeichnen?) noch mit der Bewegungsrichtung (müsste nicht die horizontale Komponente der wirkenden Kraft auf den Kolben in Bewegungsrichtung zeigen?) zu tun hat.
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 26. Apr 2008 19:31    Titel: Antworten mit Zitat

ich habe mal versucht die Feldlinien einzuzeichnen

bin aber kein guter Zeichner, hoffe aber das es verstätlich geworden ist.



Kopie von R2.JPG
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Kopie von R2.JPG


dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 27. Apr 2008 23:36    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, genau so etwas in der Art hatte ich mir vorgestellt smile

Wenn du nun weißt, dass Feldlinien immer versuchen, sich gegenseitig so abzustoßen, dass ihre Feldliniendichte dabei verringert wird, welcher Teil der Feldlinien in deiner Skizze verursacht dann vor allem eine Kraft auf den Kolben, und in welche Richtung zeigt der Kraftpfeil für den von dir gezeigten Skizzenausschnitt? (Vielleicht magst du ihn mit in deie Skizze einzeichnen?) In welche Richtung zeigt seine Horizontalkomponente? Kannst du damit also schon die Bewegungsrichtung des Kolbens begründen?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 28. Apr 2008 02:25    Titel: Antworten mit Zitat

Horizontalkomponente ?
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 28. Apr 2008 02:50    Titel: Antworten mit Zitat

Ich meine, horizontal in deiner Zeichnung. Also die axiale Richtung (senkrecht auf der radialen Richtung in dem Rohr), denn die radialen Kraftkomponenten werden sich ja aus Symmetriegründen am Ende gegenseitig zu Null wegheben.
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 28. Apr 2008 18:09    Titel: Antworten mit Zitat

Auf die Antwort vom: Verfasst am: 27. Apr 2008 22:36
dermarkus hat Folgendes geschrieben:


welcher Teil der Feldlinien in deiner Skizze verursacht dann vor allem eine Kraft auf den Kolben, und in welche Richtung zeigt der Kraftpfeil für den von dir gezeigten Skizzenausschnitt? (Vielleicht magst du ihn mit in deie Skizze einzeichnen?) In welche Richtung zeigt seine Horizontalkomponente? Kannst du damit also schon die Bewegungsrichtung des Kolbens begründen?


Weiß ich keine Antwort.
dermarkus
Administrator


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Beitrag dermarkus Verfasst am: 28. Apr 2008 18:22    Titel: Antworten mit Zitat

Hilft dir so etwas, um nachzuvollziehen, an was ich dachte?


r2_971.JPG
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r2_971.JPG


Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 28. Apr 2008 18:33    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, smile

Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien?

Wie bist du auf den kleine rote Pfeil gekommen und wie bestimmt man dessen Wert?
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 01:00    Titel: Antworten mit Zitat

Second_Q hat Folgendes geschrieben:

Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien?

Sozusagen, ja.

Der rote Pfeil zeigt, in welche Richtung die Kraft auf den Kolben wirkt, die dadurch zustande kommt, dass die Feldlinien in dieser Skizze versuchen, sich gegenseitig so abzustoßen, dass sie Orte mit sehr hoher Feldliniendichte zu vermeiden versuchen.

Und der kleine rote Pfeil soll einfach nur die Horizontalkomponente davon sein.

Damit hast du schon mal ein grobes Gefühl dafür bekommen, was da passiert und in welche Richtung sich der Kolben bewegen wird.

------------------------------------

Um genaueres als die Richtung der Kraft zu bestimmen, geht es schon deutlich mehr ans Eingemachte: Was kennst du da für Verfahren, Gleichungen und Methoden, um zum Beispiel die Ladungsverteilung, das elektrische Feld und das Potential des geladenen Kolbens im Feld des Rohres und des Kolbens in Abhängigkeit von der Kolbenposition zu bestimmen und aus dem Gradienten dieses Potentials vielleicht die Kraft bestimmen zu können?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 29. Apr 2008 18:11    Titel: Antworten mit Zitat

Schulwissen 10 Klasse Realschule und noch ein bisschen drüber hinaus

das elektrische Ladungsdichte = d Ladung / d Spannung ist
das elektrische Feldpotential = Ladungsdichte / Permittivität ist
Potential = Arbeit / Ladung
Ein bisschen Vektorrechnung
dermarkus
Administrator


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Beitrag dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 18:49    Titel: Antworten mit Zitat

Hm, ich habe das Gefühl, für diese Aufgabe brauchst du schwerere Geschütze als das. Vielleicht irgendetwas zwischen Integrieren der Coulombkräfte über eine als über die jeweiligen Oberflächen gleichverteilt angenommene Ladungsverteilung und einem Lösen der Laplacegleichung vielleicht sogar mit numerischen Methoden wie in

http://www.physikerboard.de/ltopic,10883,0,asc,0.html

In welchem Zusammenhang hat man dir diese Aufgabe gestellt? Bist du Student und hast du neulich etwas in der Vorlesung gelernt, was mit dieser Aufgabe zu tun hat?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 29. Apr 2008 19:35    Titel: Antworten mit Zitat

Das könntest du vielleicht mit mir zusammen schriet für schriet berechen?

Das ist eine Technikaufgabe , aus einer Vorlesung entlehnt.
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 20:12    Titel: Antworten mit Zitat

Das mit dem Schritt für Schritt vorkauen ist irgendwie nicht so einfach, wie du das vielleicht vermutest. Denn wie du dieses Problem löst, kommt ja sicher stark auf das an, was du an Vorgehensweisen und Methoden in der Vorlesung dazu gelernt hast.

Was konkret habt ihr da gelernt, und was findest du konkret in deinen Aufschrieben und den Büchern, die du dazu verwendest und in der Bibliothek auftreiben kannst?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 29. Apr 2008 22:45    Titel: Antworten mit Zitat

Es wahr keine Vorlesung der Elektronik sondern der Mechanik.
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 22:58    Titel: Antworten mit Zitat

Und habt ihr nicht noch parallel eine andere Vorlesung über Elektronik, in der spezielles darüber hätte drankommen können?

Dann vermute ich mal, du sollst in dieser Aufgabe nicht anfangen, mit der Laplacegleichung oder ähnlichem zu bestimmen, wie genau sich die Ladungen auf den Oberflächen verteilen, sondern eine gleichmäßige Ladungsverteilung an diesen Oberflächen annehmen und die Coulombkräfte darüber integrieren.
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 30. Apr 2008 19:44    Titel: Antworten mit Zitat

Vielleicht so: Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien









B= Bolzen
R= Rohr

Dann über ein Kräfteparallelogramm die Kraft in Bewegungsrichtung ermitteln.
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 04. Mai 2008 15:49    Titel: Antworten mit Zitat

Second_Q hat Folgendes geschrieben:
Vielleicht so: Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien



Welche Formel für die Kraft zwischen zwei Punktladungen wolltest du da verwenden? Wo genau hast du diese Punktladungen für das Aufstellen der Formel platziert, und magst du nochmal kontrollieren, dass im Zähler auch wirklich die zwei verschiedenen Punktladungen stehen, die da laut deiner Ansatzidee miteinander wechselwirken sollen?

Und dann vergleiche das ganze mal mit der realen Situation in deiner Skizze: Handelt es sich da in der Tat nur um so wenige Punktladungen wie es dein Ansatz erscheinen lässt, oder solltest du da über noch viel mehr verschiedene Punkte integrieren, die jeweils nur einen Teil der Ladung des Bolzens bzw. des Rohres tragen?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 04. Mai 2008 21:08    Titel: Antworten mit Zitat

Die Coulombkraft.

über die Flächenladungsdicht

Flächenladungsdichte s



dann müsste man bloß noch A und r für den Bolzen und das Rohr einsetzen

dermarkus hat Folgendes geschrieben:

Und dann vergleiche das ganze mal mit der realen Situation in deiner Skizze: Handelt es sich da in der Tat nur um so wenige Punktladungen wie es dein Ansatz erscheinen lässt, oder solltest du da über noch viel mehr verschiedene Punkte integrieren, die jeweils nur einen Teil der Ladung des Bolzens bzw. des Rohres tragen?


Könnest du mir denn bitte zeigen wie die Integration der verschiedene Punkte auszusehen hätte?
dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 04. Mai 2008 22:31    Titel: Antworten mit Zitat

Einverstanden, das wird wohl etwas mit der Flächenladungsdichte zu tun haben.

Hast du schon eine Idee, wie du hier bestimmen wolltest, wie groß die Flächenladungsdichte hier jeweils ist?

Für das Aufstellen von Integralen würde ich vorschlagen, als erstes mal zu überlegen, wie du mathematisch aufschreiben könntest, wie groß die Ladung in einem Stück Oberfläche ist. Und wie du mathematisch ausdrücken könntest, wo sich so ein Stück Oberfläche jeweils befindet.
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 05. Mai 2008 20:52    Titel: Antworten mit Zitat

Flächenladungsdichte


Ladung in einem Stück Oberfläche
Punkladung




Ich versuch`s

dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. Mai 2008 14:59    Titel: Antworten mit Zitat

Second_Q hat Folgendes geschrieben:
Flächenladungsdichte


Gehe ich recht in der Annahme, dass in deiner Aufgabenstellung die Spannung U nicht gegeben ist, und dass vielmehr von der Ladung die Rede ist, die auf dem Rohr und dem Kolben sitzt? Wäre es dann nicht sinnvoller, die Flächenladungsdichte aus dieser Ladung (und aus der Fläche der jeweiligen Teile) zu bestimmen? Welche Formel würde also hier statt dessen mehr Sinn machen?

Da wir die Flächenladungsdichte ja in jedem der beiden Teile mal als konstant annehmen wollten, würde ich dann vorschlagen, in der Folge diese Flächenladungsdichten nicht auszuschreiben, sondern knapp als und zu bezeichnen.

Dann kannst du dich nämlich hinterher übersichtlicher der Frage widmen, wie du die Größe der Ladung in einem Oberflächenelement \dd A hinschreiben kannst (nämlich als ), und wie du die Orte der Punktladungen in den Integrationsvariablen und Integrationsgrenzen deiner Integrale und im Abstand zwischen den jeweiligen Punktladungen im Nenner der Coulombkraft berücksichtigen kannst.
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 07. Mai 2008 22:40    Titel: Antworten mit Zitat

Da für die Coulomb-Kraft „Q“ im Nenner benötigt wird, rechne ich „Q“ über die Flächenladungsdichte aus da ja „U“ , „r“ , „A“ gegeben sind.

Also so







dann

dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 08. Mai 2008 14:20    Titel: Antworten mit Zitat

Second_Q hat Folgendes geschrieben:




Woher hast du diese Formeln genommen? Was sagen diese Formeln genau aus? Was beschreiben sie, und für welchen Fall und welche Situation sind sie gültig? Passen sie überhaut hier, oder hast du sie einfach mal ohne genaueres Überlegen hier einfach mal hingeschrieben?

Ich hätte vorgeschlagen, das sigma als sigma =Q/A zu berechnen, weil du aus den geometrischen Daten der beiden Körper jeweils das A bestimmen kannst, und nach meiner Lesart der Aufgabenstellung die Ladung Q auf den Körpern wohl als jeweils gleich und als gegeben annehmen kannst.

---------------

Wie du im folgenden auf deine Monsterterme kommst, habe ich noch nicht nachvollziehen können. Magst du mal eine Skizze machen und darin zwei Beispielpunkte einzeichnen, an denen sich Ladungen befinden, die miteinander durch die Coulombkraft wechselwirken, und sagen, wie du diese Coulomkraft konkret berücksichtigen möchtest?
Second_Q



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Beitrag Second_Q Verfasst am: 09. Mai 2008 21:06    Titel: Antworten mit Zitat

Von: http://www.lmtm.de/PhysiXTM/elektrischesfeld/texte/kapazitaet.html

Binomische Umstellung von „ r “ und der Addition im Divisor in der Verfasst am: 07. Mai 2008 22:40 gab es ein paar Rechenfehler. Vielleicht hier auch, glaub ich aber nicht.







dermarkus
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Beitrag dermarkus Verfasst am: 10. Mai 2008 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

Stop mal. Du fängst an, sehr fleißig und umfangreich loszurechnen, aber ganz an den Anfang deiner Rechnungen hast du Formeln gestellt, die überhaupt nichts mit dieser Aufgabe zu tun haben!

Second_Q hat Folgendes geschrieben:
Von: http://www.lmtm.de/PhysiXTM/elektrischesfeld/texte/kapazitaet.html


Magst du mal hinschauen, für was die Formeln auf dieser Seite überhaupt nur gelten? Was ist denn ein Kondensator, und was ist ein homogenes elektrisches Feld? Trifft das auf die Situation in dieser Aufgabe zu? Kannst du also die Formeln aus diesem Link für die vorliegende Aufgabe verwenden, oder darfst du das nicht tun?
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