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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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 Second_Q Verfasst am: 23. Apr 2008 20:57 Titel: E-Feld im Rohr |
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Hallo, 
Ich habe eine Aufgabe bei der meine Forstgellungskraft nicht aus reicht.
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.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 24. Apr 2008 15:55 Titel: |
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Magst du deine Zeichnung einscannen oder in Paint malen, und dann diese Datei hier einfach als Anhang reinstellen?
Was genau meinst du mit "Fase"?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 24. Apr 2008 19:53 Titel: |
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Wie stellt man hir einen Anhang rein ?
Fase : brechen einer Kante, abschrägen.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 02:40 Titel: |
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| Second_Q hat Folgendes geschrieben: |
Fase : brechen einer Kante, abschrägen. |
Danke 
Einen Anhang reinstellen geht einfach im Fenster, in dem man die Beiträge schreibt, unten unter "Attachment hinzufügen".
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 17:45 Titel: |
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ok!
ich versuch´s
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dermarkus
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Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 18:12 Titel: |
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Prima, das Hochladen hat schon mal geklappt
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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 18:26 Titel: |
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Das weiß ich ja grade nicht ,des wegen würde ich es ja gerne wissen Bzw.: berechen wollen .
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 21:54 Titel: |
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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?)
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 22:22 Titel: |
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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?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 22:32 Titel: |
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 23:01 Titel: |
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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?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 23:02 Titel: |
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Was meinst du dabei konkret mit dem Q und dem r, und wie folgerst du daraus auf die Richtung?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 23:19 Titel: |
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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.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 25. Apr 2008 23:22 Titel: |
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 25. Apr 2008 23:57 Titel: |
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| 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?
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?
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
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 26. Apr 2008 12:30 Titel: |
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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.
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 26. Apr 2008 19:31 Titel: |
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ich habe mal versucht die Feldlinien einzuzeichnen
bin aber kein guter Zeichner, hoffe aber das es verstätlich geworden ist.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 27. Apr 2008 23:36 Titel: |
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Ja, genau so etwas in der Art hatte ich mir vorgestellt
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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 28. Apr 2008 02:25 Titel: |
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Horizontalkomponente ?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 28. Apr 2008 02:50 Titel: |
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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.
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 28. Apr 2008 18:09 Titel: |
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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.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 28. Apr 2008 18:22 Titel: |
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Hilft dir so etwas, um nachzuvollziehen, an was ich dachte?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 28. Apr 2008 18:33 Titel: |
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Ja,
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?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 01:00 Titel: |
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| Second_Q hat Folgendes geschrieben: |
Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien?
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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.
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 29. Apr 2008 18:11 Titel: |
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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
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 18:49 Titel: |
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 29. Apr 2008 19:35 Titel: |
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Das könntest du vielleicht mit mir zusammen schriet für schriet berechen?
Das ist eine Technikaufgabe , aus einer Vorlesung entlehnt.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 20:12 Titel: |
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 29. Apr 2008 22:45 Titel: |
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Es wahr keine Vorlesung der Elektronik sondern der Mechanik.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 29. Apr 2008 22:58 Titel: |
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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.
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 30. Apr 2008 19:44 Titel: |
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Vielleicht so: Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien
 \cdot \Delta y)/2- tan( \alpha ) \cdot \Delta y)^2 + \Delta y^2} )
 \cdot \Delta y )
/2)
B= Bolzen
R= Rohr
Dann über ein Kräfteparallelogramm die Kraft in Bewegungsrichtung ermitteln.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 04. Mai 2008 15:49 Titel: |
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| Second_Q hat Folgendes geschrieben: | Vielleicht so: Ist der große rote Pfeil die Addition ( Kräfteaddition ) der zusammentreffenden Feldlinien
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 04. Mai 2008 21:08 Titel: |
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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?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
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| dermarkus Verfasst am: 04. Mai 2008 22:31 Titel: |
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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.
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 05. Mai 2008 20:52 Titel: |
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Flächenladungsdichte
Ladung in einem Stück Oberfläche
Punkladung 
 \cdot \Delta y/(r_R \cdot D \cdot \pi))
/2+tan(\alpha) \cdot \Delta y)) \cdot 2 \cdot \pi ) )
Ich versuch`s
^2/(4\cdot \pi^2\cdot D \cdot ((D-d)/4+tan(\alpha) \cdot y)^4)+ \varepsilon_0 \cdot (U \cdot tan(\alpha) \cdot y)^2/(16\cdot \pi^3 \cdot (d-((D-d)/2+tan(a) \cdot y))^2 \cdot ((((D-d)/2+ tan( \alpha ) \cdot y)/2- tan( \alpha ) \cdot y)^2 + y^2)^3) \, dx)
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 07. Mai 2008 14:59 Titel: |
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| Second_Q hat Folgendes geschrieben: | Flächenladungsdichte
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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.
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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| Second_Q Verfasst am: 07. Mai 2008 22:40 Titel: |
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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
 \cdot dy+(r^2+r\cdot tan( \alpha ) \cdot dy+ tan( \alpha ) \cdot dy)/4 + dy^2)+ (0.25\cdot r^2+r\cdot tan(\alpha) \cdot dy+ tan^2(\alpha) \cdot dy^2))}\, dy)
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 08. Mai 2008 14:20 Titel: |
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| Second_Q hat Folgendes geschrieben: |
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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.
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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?
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 10. Mai 2008 14:54 Titel: |
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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!
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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