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Vorzeichen von E
 
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chell



Anmeldungsdatum: 19.02.2007
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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 10:41    Titel: Vorzeichen von E Antworten mit Zitat

Hallo,

ich überlege gerade, wie es sich mit dem Vorzeichen von E verhält. In einer Aufgabe ging es darum, dass ein Watteball in einem elektrischen Feld schweben sollte (zwischen zwei horizontalen Platten). Die Rechnung selbst ist ja recht simpel, man rechnet einfach die Gewichtskraft aus und mit dieser dann E und damit dann U.

Was passiert nun aber, wenn ich sage, dass die Gewichtskraft positiv ist? Dann muss die Kraft, die man für die Berechnung von E nimmt, negativ sein, woraufhin E negativ wird (und damit auch U). Das kommt mir recht komisch vor.
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 13:45    Titel: Antworten mit Zitat

Was meinst Du denn, was das Vorzeichen anzeigt?
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chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 14:26    Titel: Antworten mit Zitat

Die Richtung der Feldlinien (die immer von + zu - verlaufen)?
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 14:48    Titel: Antworten mit Zitat

Genau. Warum sollten die Feldlinien also nicht in die umgekehrte Richtung zeigen, wenn Du die Richtung des Erdfeldes umdrehst?
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chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 14:53    Titel: Antworten mit Zitat

Das versteh ich jetzt nicht genau. Sollte ich die Gewichtskraft in so einem Fall immer so setzen, dass das Ergebnis für E positiv ist?
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 15:04    Titel: Antworten mit Zitat

Was ich sagen wollte ist: Das Vorzeichen ist im Endeffekt egal, solange alle Vorzeichen konsistent sind.

Wenn Du z.B den Fall mit dem Wattebausch nimmst. Für diesen muss gelten, wenn er zwischen den Plattenkondensatoren schweben soll:

Ich kann das Vorzeichen aber auch einfach durch multiplizieren mit (-1) rüberbringen:

Es ist also nicht entscheidend, wo ich das Vorzeichen setze, sondern nur, dass die Kräfte im Verhältniss zueinander das richtige Vorzeichen haben.
Der Grund ist, platt gesagt, dass ein Wattebausch nicht weiß, wo oben oder unten ist. Er spürt nur die Kräfte, die auf ihn wirken.

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chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 15:26    Titel: Antworten mit Zitat

Das heißt also, wenn ich jetzt die Gewichtskraft positiv habe und die elektr. Kraft folglich negativ, bekomme ich ein negatives Ergebnis für E und damit auch für U. Ist das dann auch korrekt?
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 15:31    Titel: Antworten mit Zitat

Genau.
Die Spannung U ist ja eine Potentialdifferenz und diese muss, da durch eine Potentialdifferenz das elektrische Feld erzeugt wird, ebenso die "Richtung" ändern.
Mit "Richtung" ist in diesem Fall gemeint, dass die Pole der Spannung vertauscht werden.

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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 16:04    Titel: Antworten mit Zitat

Das heißt, wenn ich eine negative Spannung habe, dann vertauscht sich, welche Platte postitiv und welche negativ geladen ist? Das kann ja nicht sein, da das Wattebällchen positiv geladen ist, die positive Platte also "unten" sein muss, damit es schweben kann.
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 16:15    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, mal ganz ausführlich:
Wenn positiv ist, muss negativ sein und damit in die entgegengesetzte Richtung von zeigen. Wenn unten da ist, wohin zeigt, dann muss unten auch der Pluspol und oben der Minuspol sein.

Vertausche ich die Vorzeichen, so wird negativ, also . Damit zeigt nun dahin, wo vorher oben war. Damit ist das vorherige oben jetzt unten. Damit das Wattebällchen immer noch schwebt, muss ich die Pole vertauschen, damit das elektrische Feld nun in die andere Richtung zeigt.

Wo oben und unten ist, hängt vom Vorzeichen der Kräfte ab und wie ich diese Vorzeichen interpretiere.

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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 16:25    Titel: Antworten mit Zitat

Also den ersten Teil habe ich verstanden. Wenn ich jetzt benutze, dann wird die elektr. Kraft ein positives Vorzeichen haben, also auch nach oben zeigen oder nicht?

Am Anfang muss ich doch festlegen, was + und was - eigentlich bedeutet. Sage ich nun oben ist +, unten ist -, dann habe ich den Fall das Fg negativ wird, die elektr. Kraft positiv, also nach oben zeigt.

Wenn ich nun sage, dass - oben und + unten ist, dann ist Fg positiv, die elektr. Kraft negativ, zeigt aber weiterhin nach oben oder nicht?

D.h. die Elektr. Kraft zeigt in jedem Fall weg von der Erdoberfläche?

Ich hab mal eine Skizze gemacht: http://bayimg.com/AAlEoAaBJ
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 16:39    Titel: Antworten mit Zitat

chell hat Folgendes geschrieben:
Also den ersten Teil habe ich verstanden. Wenn ich jetzt benutze, dann wird die elektr. Kraft ein positives Vorzeichen haben, also auch nach oben zeigen oder nicht?

Die el. Kraft wird entgegengesetzt zu zeigen. Wenn Du sagt: Unten ist da, wohin zeigt, zeigt die el. Kraft nach oben.

chell hat Folgendes geschrieben:
Am Anfang muss ich doch festlegen, was + und was - eigentlich bedeutet. Sage ich nun oben ist +, unten ist -, dann habe ich den Fall das Fg negativ wird, die elektr. Kraft positiv, also nach oben zeigt.

Wenn ich nun sage, dass - oben und + unten ist, dann ist Fg positiv, die elektr. Kraft negativ, zeigt aber weiterhin nach oben oder nicht?

D.h. die Elektr. Kraft zeigt in jedem Fall weg von der Erdoberfläche?

Ja, weil Du von Anfang an festlegst, dass unten da ist wohin die Gravitation zeigt. Da die el. Kraft immer in die entgegengesetzte Richtung zeigen muss, um das Wattebällchen schweben zu lassen, zeigt die el. Kraft somit immer nach oben.

"Oben" und "unten" sind eigentlich überflüssig, denn was zählt ist die Richtungen der Kraft zueinander. Wenn man will, kann man erst die Kräfte ausrechnen (mit richtigen Vorzeichen) und am Ende sagt man: Die Gravitation zeigt immer nach unten. Damit sind dann auch alle Richtungen der anderen Kräfte festgelegt, da man ja die Richtungen der Kräfte untereinander richtig berücksichtigt hat.

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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 16:42    Titel: Antworten mit Zitat

Das bedeutet folglich, dass wenn ich die Vorzeichen einfach ignoriere, also bei beiden z.B. das positive Vorzeichen wähle, das falsch wäre?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 16:44    Titel: Antworten mit Zitat

Das hängt davon ab, in welchem Zusammenhang du das Vorzeichen weglässt.
mitschelll



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Beitrag mitschelll Verfasst am: 22. Okt 2008 16:44    Titel: Antworten mit Zitat

Mathematisch wäre es falsch.

Da Du aber bestimmt ein guter Physiker bist, würdest Du wissen, dass einer der beiden ein negatives Vorzeichen haben muss, da Du erwartest, dass die Kräfte entgegengesetzte Richtungen haben müssen.

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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 16:52    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, das ist klar. Die Vorzeichen müssen entgegengesetzt sein, da die Kräfte in entgegengesetzte Richtung zeigen.

Wie würdet ihr mir raten, es in einer Klausur anzugehen? Vorher festlegen, ob "oben" + und unten "-" ist (bzw. umgekehrt)?

Wenn ich jetzt z.B. Fg, also - Fe verwende und somit eine negative Spannung rausbekomme, kann mir mein Physiklehrer das als falsch markieren?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 16:58    Titel: Antworten mit Zitat

Ich würde sagen: de facto - jein.



Denn:

Wobei .

Fall 1: Richtung des Abstandes d ist "negativ", daher ist die Feldstärke negativ.

Fall 2: "Umgedrehte" verwendung der Punkte für die Berechnung des Potentials, sodass die Potentialdifferenz negativ ist.

Du solltest mindestens eine kleine Erklärung geben, warum es so ist, oder ganz einfach Betragsstriche setzen und dann ein positives Ergebnis schreiben.
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 17:03    Titel: Antworten mit Zitat

mmm, das ist ja ziemlich kompliziert. Denn wenn man davon ausgeht, dass die Feldstärke positiv ist, dann ist die Feldkraft auch positiv (da die Ladung positiv ist). Folglich kann -Fe ja gar nicht verwendet werden, oder?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 17:12    Titel: Antworten mit Zitat

Doch schon.

Nehmen wir an die Gewichtskraft zeig nach oben:

Die elektrischen Feldlinien dahingehnd nach unten: bzw. .

Wir gehen ja davon aus, dass Feldlinien von positiven zu negativen Ladungen laufen; somit muss die Platte am + Pol horizontal über der - Pol Platte sein (ich glaub das hattet ihr schon hier im Thread).
Wie der Kondensator ausgerichtet ist, wird, wenn man es mit Vektoren schreibt, durch den Richtungsvektor des Plattenabstandes ausgedrückt.

Ich nehme an, ihr habt (leider) noch nicht mit Vektoren gearbeitet?
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 17:17    Titel: Antworten mit Zitat

Vektoren haben wir in Mathe schon behandelt, in Physik immer nur halbherzig (mal ja, mal nein).

Da die Ladung in diesem Fall positiv sein soll (also das Wattebällchen), muss doch, damit es schweben kann, die untere Platte die positive sein.

Das heißt, wenn ich "oben" + setze, dann müssen die Feldkräfte positiv sein.

Wenn ich "unten" + setze, dann müssen sie, da sie zur positiven Platte zeigen, negativ sein?

Ich bin irgendwie total verwirrt bei dieser Geschichte.
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 17:25    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe mal eine kleine Skizze angehängt, löst die ein wenig die Verwirrung?

Die Pfeile der Feldstärke zeigen immer von der positiv geladenen Seite zu der negativen.



skizze.PNG
 Beschreibung:
 Dateigröße:  5.99 KB
 Angeschaut:  4979 mal

skizze.PNG


chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 17:31    Titel: Antworten mit Zitat

Und welche Möglichkeiten hab ich da nun, die Vorzeichen zu wählen?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 17:35    Titel: Antworten mit Zitat

Die Gewichtskraft ist hier negativ.
Daraus folgt:




Wir könnten weg von der Gewichtskraft gehen, und stattdessen eine x-beliebige Kraft nehmen, die nach "oben" zeigt; nennen wir sie Beschleunigungskraft.
Damit dann diese Kraft ausgeglichen wird (1. Newton'sches Axiom Augenzwinkern ) müssten wir den Kondensator umdrehen, die negativ geladene Platte nach unten, die positiv geladene Platte nach oben. Dann würden die Pfeile nach unten zeigen.
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 17:37    Titel: Antworten mit Zitat

Wieso ist die Gewichtskraft hier negativ? Kann man das nicht selbst festlegen?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 17:40    Titel: Antworten mit Zitat

Du kannst sie auch als positiv festlegen, dann hättest du "oberhalb" der Skizze die Erde anstatt "unterhalb".

Aber es läuft auf das gleiche hinaus:







Sinnvollerweise ist aber anzunehmen, dass der Massepunkt (bei uns die Erde), der für die Gewichtskraft verantwortlich ist, "unten" liegt, weil die Sachen in unserer Umgebung ja auch "runter" fallen.


Die Problematik beim Coulomb- und auch beim Gravitationsfeld ist, dass positive Kräfte in der Regel angeben, dass die Kraft von der Felderzeugenden Ladung/Masse WEG zeigt.
Bei der Gravitation und negativen Ladungen ist das aber nicht der Fall.
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 17:44    Titel: Antworten mit Zitat

Das heißt ich erhalte dann eine positive Spannung?

Und wieso würde es, wenn ich oben - hätte, heißen, dass die Erde oben wäre? Ist die Erde immer da wo minus ist?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 17:45    Titel: Antworten mit Zitat

chell hat Folgendes geschrieben:
Ist die Erde immer da wo minus ist?


Ich halte zwar nichts davon, Sachen zu schreiben "immer", aber... man könnte es vllt so formulieren...

Es ist aber nicht so - guck dir noch einmal meine Skizze an. Die Gewichtskraft zeigt zur Erde - und wie ist die Platte geladen, auf die die Gewichtskraft zeigt?
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 18:16    Titel: Antworten mit Zitat

Mir ist nicht klar, wie sich aus den Ladungen der Platten das negative Vorzeichen für die Gewichtskraft ergibt.

Die Gewichtskraft zeigt zur positiv geladenen Platte, die auf dem "Boden" steht.
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 18:21    Titel: Antworten mit Zitat

Wir richten die Platten so aus, dass sie die Gewichtskraft ausgleichen können.
Die Gewichtskraft richtet sich nicht nach unseren Platten.

Es ist aber Fakt, dass die Feldlinien IMMER von positiven zu negativen Ladungen verlaufen.
Das macht man sich zu nutze und richtet dahingehend den Kondensator aus.


Warum die Gewichtskraft ein negatives Vorzeichen hat?
Weil die Feldlinien des Gravitationsfeldes zur felderzeugenden Masse hin zeigen.

Guck hier noch einmal

Und betrachte einmal dieses "Bild".
http://www.roro.muc.kobis.de/img/das_gravitationsfeld_der_erde344.png
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 18:25    Titel: Antworten mit Zitat

Nur was gennau ist denn hier die felderzeugende Maße? Die positiv geladene Platte oder beide?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 18:26    Titel: Antworten mit Zitat

Die Erde?
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 18:29    Titel: Antworten mit Zitat

Das heißt die Gewichtskraft zeigt immer in Richtung der (Gravitations-)Feld erzeugenden Masse. In unserem Fall zeigt die Gewichtskraft also zur Erde. Das war mir eigentlich immer klar.

Nur wieso bekommt sie ein negatives und kein positives Vorzeichen? Wieso kann ich das nicht selbst festlegen?
wishmoep



Anmeldungsdatum: 07.09.2008
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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 18:34    Titel: Antworten mit Zitat

Das Minuszeichen zeigt an, dass sie zum Felderzeugenden Punkt zeigt und nicht weg.

Sehen wir uns das radial-symmetrische Feld an wird es deutlicher.

Es hat die allgemeine Form:

Setzen wir nun eine positive Ladung ein, zeigt die Feldstärke dieser Ladung IMMER von der Ladung weg, setzen wir eine negative Ladung ein zeigt die Feldstärke immer zur negativen Ladung hin.

Willkür ist, wenn du nicht allein vor dich hinbrüten willst, in der Physik, nicht sehr angebracht.
Änderst du die Vorzeichen, dann solltest du es auch Anmerken bzw. den Grund dafür nennen.
chell



Anmeldungsdatum: 19.02.2007
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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 18:41    Titel: Antworten mit Zitat

Das heißt, wenn eine Kraft zum felderzeugenden Punkt zeigt, dann hat sie das negative Vorzeichen?

Wenn Fg also folglich negativ ist, dann ist Fe positiv und E und U auch, richtig?
wishmoep



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Beitrag wishmoep Verfasst am: 22. Okt 2008 18:51    Titel: Antworten mit Zitat

Für den Fall:
Um ein Wattebällchen, das eine Ladung trägt im Plattenkondensator schweben zu lassen - ja.
chell



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Beitrag chell Verfasst am: 22. Okt 2008 23:36    Titel: Antworten mit Zitat

Lässt sich daraus pauschalisieren, dass man bei Aufgaben mit der Gewichtskraft mit -g als Beschleunigung rechnet, also, dass Fg eine negative Zahl ist?
Trazom



Anmeldungsdatum: 28.07.2004
Beiträge: 22

Beitrag Trazom Verfasst am: 23. Okt 2008 11:13    Titel: Antworten mit Zitat

mitschelll hat Folgendes geschrieben:
Mathematisch wäre es falsch.

Da Du aber bestimmt ein guter Physiker bist, würdest Du wissen, dass einer der beiden ein negatives Vorzeichen haben muss, da Du erwartest, dass die Kräfte entgegengesetzte Richtungen haben müssen.


Ein guter Physiker bastelt sich also die Mathematik solange zurecht, bis sie zu seinem Verständnis passt? Sehr geil Hammer
mitschelll



Anmeldungsdatum: 06.12.2007
Beiträge: 362

Beitrag mitschelll Verfasst am: 23. Okt 2008 11:28    Titel: Antworten mit Zitat

Trazom hat Folgendes geschrieben:

Ein guter Physiker bastelt sich also die Mathematik solange zurecht, bis sie zu seinem Verständnis passt? Sehr geil Hammer

Das hat mit Basteln wenig zu tun. Ich habe das auch etwas übertrieben. Es ist halt der Unterschied, ob ich die Gleichung

oder die Gleichung

löse; einmal mit und einmal ohne Vorzeichen. In der Physik haben die Kräfte aber nun mal auch Richtungen, die in diesem Fall durch das Vorzeichen eindeutig gegeben ist. Wenn ich nun math. ohne Vorzeichen rechne und das Ergebnis dann physikalisch richtig interpretiere, ist das kein "zurecht basteln".

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chell



Anmeldungsdatum: 19.02.2007
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Beitrag chell Verfasst am: 23. Okt 2008 18:21    Titel: Antworten mit Zitat

Ist es denn nun immer so, dass Fg negativ ist?

Wir hatten in der Schule mal gelernt, dass man das selbst festlegen kann, ob unten Minus oder Plus ist?
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 24. Okt 2008 01:46    Titel: Antworten mit Zitat

chell hat Folgendes geschrieben:

Wir hatten in der Schule mal gelernt, dass man das selbst festlegen kann, ob unten Minus oder Plus ist?

Damit bin ich vollkommen einverstanden.

@wishmoep: Natürlich zeigt der Vektor einer Gewichtskraft auf der Erde hin zum Erdmittelpunkt. Ob man aber sagt

Ich bezeichne Kräfte nach oben als positiv, also ist meine Gewichtskraft


oder sagt

Ich bezeichne Kräfte nach unten als positiv, also ist meine Gewichtskraft


ist völlig egal, denn der zugehörige Vektorpfeil in der Zeichnung ist beide Male genau derselbe.

Solange man sich in der ganzen Aufgabe, die folgt, an die Vorzeichenfestlegung hält, die man selbst am Anfang der Aufgabe gewählt hat, macht man alles völlig richtig, egal wieherum man die Richtung für das positive Vorzeichen wählen möchte.
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