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geshem19
Anmeldungsdatum: 23.08.2009
Beiträge: 11
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 geshem19 Verfasst am: 23. Aug 2009 21:31 Titel: Energie für Verschieben einer Ladung im Plattenkondensator |
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Hallo zusammen
Frage zum Thema E-Feld:
Setup: Geladener Plattenkondensator welcher ein homogenes E-Feld erzeugt Wenn man z.B. eine positive Ladung an einem bestimmten Punkt ins E-Feld einbringt (die Ladung hat zu Beginn Geschwindigkeit 0), dann übt das E-Feld auf die Ladung eine Kraft aus und dadurch wird die Ladung in Richtung der negativen Platte beschleunigt. Das Gedankenexperiment wird gestoppt, wenn die Ladung eine bestimmte Distanz zurückgelegt aber die negative Platte noch nicht erreicht hat. Da Arbeit gleich Kraft mal Weg ist, wurde an der Ladung Arbeit verrichtet. Meine Frage ist nun: Wo kommt die Energie für diese Arbeit her? Der Kondensator ist ja immer noch gleich stark geladen bzw. es herrscht immer noch die gleiche Spannung zwischen den Platten (Annahme: keine Verluste), oder nicht?
Anderes Beispiel für die gleiche Frage: Ablenkung eines Elektrons (quer zum Feld) beim Durchlaufen eines E-Feldes (durch Plattenkondensator erzeugt). Für die Ablenkung wird wiederum Arbeit verrichtet. Woher kommt die Energie dafür? Die Spannung am Plattenkondensator bleibt doch erhalten, wenn man Verluste vernachlässigt, oder?
Danke im voraus für Eure Antworten!
Geshem
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MI
Anmeldungsdatum: 03.11.2004
Beiträge: 828
Wohnort: München
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| MI Verfasst am: 25. Aug 2009 11:30 Titel: |
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Ich würde folgende Analogie zu Hilfe ziehen:
Ein Objekt eingebracht in ein Gravitationsfeld wird zu dessen Ursprung gezogen. Damit wird am Objekt Arbeit verrichtet - woher kommt die Arbeit?
Die Lösung wäre dann (und das wäre auch meine Idee für deine Probleme): Umwandlung von potentieller Energie im Schwerefeld/Coulombfeld in kinetische Energie. Es gibt ja auch elektrische potentielle Energie.
Ferner dürfte durch das verschobene Gegenfeld der Ladung tatsächlich die Feldenergie verringert worden sein, aber da bin ich mir nicht ganz sicher gerade...
Gruß
MI
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 26. Aug 2009 16:50 Titel: Re: Energie für Verschieben einer Ladung im Plattenkondensat |
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| geshem19 hat Folgendes geschrieben: | | Geladener Plattenkondensator welcher ein homogenes E-Feld erzeugt Wenn man z.B. eine positive Ladung an einem bestimmten Punkt ins E-Feld einbringt (die Ladung hat zu Beginn Geschwindigkeit 0), dann übt das E-Feld auf die Ladung eine Kraft aus und dadurch wird die Ladung in Richtung der negativen Platte beschleunigt. Das Gedankenexperiment wird gestoppt, wenn die Ladung eine bestimmte Distanz zurückgelegt aber die negative Platte noch nicht erreicht hat. Da Arbeit gleich Kraft mal Weg ist, wurde an der Ladung Arbeit verrichtet. Meine Frage ist nun: Wo kommt die Energie für diese Arbeit her? Der Kondensator ist ja immer noch gleich stark geladen bzw. es herrscht immer noch die gleiche Spannung zwischen den Platten (Annahme: keine Verluste), oder nicht? |
Eher nicht, Geshem,
denn das Feldbild hat sich verändert, d.h. es fließt Strom in den Kondensatorzuleitungen oder die Spannung des Kondensator verändert sich. (Ist allerdings schwer zu quantifizieren.)
Am einfachsten versteht man das, indem man stark übertreibt:
Bringe nicht eine (punktförmige) Ladung in den Kondensator sondern eine große Ladung auf einer Zwischenplatte. die natürlich dann beschleunigt wird.
Nun hast Du zwei Kondensatoren, deren Ladungsverhältnisse Du einfach studieren kannst.
_________________
Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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geshem19
Anmeldungsdatum: 23.08.2009
Beiträge: 11
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| geshem19 Verfasst am: 29. Aug 2009 13:53 Titel: |
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Hallo zusammen
Im Anhang findet ihr ein Bild zu meiner Frage (im Sinne von: ein Bild besagt mehr als tausend Worte).
Meine Frage ist eigentlich sehr einfach:
Zu beginn wurde der Kondensator, der das E-Feld in y-Richtung erzeugt, aufgeladen und im E-Feld (blau) ist nun eine bestimmte Energie gespeichert (kommt von der Spannungsquelle). Nun trennt man den Kondensator von der Spannungsquelle.
Beginnt man nun Elektronen in das blaue E-Feld zu schiessen, werden diese wie gezeigt abgelenkt (rote Flugbahn), d.h. sie erfahren durch die Kraft des E-Feldes eine Beschleunigung in y-Richtung. Dazu wird eine bestimmte Energie benötigt, welche aus dem E-Feld kommen muss.
Nun zur Frage: Wie verhält sich die Ladung bzw. Spannung über dem Kondensator? Bei verlustfreiem Betrieb müsste eigentlich die Ladung auf den Platten konstant bleiben und somit auch das E-Feld. Dies würde aber bedeuten, dass ich den Kondensator, einmal aufgeladen, nicht mehr an die Spannungsquelle anschliessen muss und beliebig viele Elektronen ablenken kann (natürlich benötige ich Energie, um sie zu erzeugen und zu beschleunigen, aber nicht für das Ablenken). Und hier liegt mein Problem: Die Energiebilanz geht nicht auf.
Falls sich die Ladung bzw. Spannung über dem Kondensator doch ändert, wüsste ich gerne wieso und um wieviel sie sich ändert (Berechnung/Formeln wäre hilfreich).
Danke & Gruss
Geshem
| Beschreibung: |
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| Dateigröße: |
35.77 KB |
| Angeschaut: |
3977 mal |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 29. Aug 2009 14:48 Titel: |
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Keine Lösung (weder experimentell noch theoretisch). Vermute nur, daß hier die Grenzen des einfachen Modells erreicht sind. Real wird eine geringfügige Entladung stattfinden, evtl. durch Ionisation oder den Elektronenstrahl selber. 
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 29. Aug 2009 18:09 Titel: |
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In Wirklichkeit sieht das Feld am Rande der Platten so aus:
(sagen wir, der Strahl fliegt links raus oder das Bild wird gespiegelt, damit es zu Deinem Bild passt)
 http://muenchen-surf.de/isi1/a430.jpg
Jetzt sieht man, dass die durchlaufene (gewonnene) Potentialdifferenz beim Herauslaufen aus den Platten wieder verloren geht.
Der Strahl gewinnt also keine Energie und der Kondensator verliert auch keine. :)
_________________
Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 29. Aug 2009 23:15 Titel: |
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Entschuldigung, woran sieht man das?
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 31. Aug 2009 20:43 Titel: |
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| franz hat Folgendes geschrieben: | | Entschuldigung, woran sieht man das? ?( |
Die Krümmung der Potentiallinien verläuft stärker ais die Krümmung der Elektronenbahn. Na ja, ist vielleicht nicht so unmittelbar zu sehen, Franz.
Aber im Grunde kann man so argumentieren:
a) Zu Beginn des Elektronenflugs - sagen wir - ist das Potential = 0.
b) Durch die Bewegung in Richtung der +-Platte gewinnt das Elektron Energie - z.B. bei 300V --> 300 eV (1 eV ca. 1,6*10^-19 Joule)
c)Im Unendlichen fliegen die Elektronen wieder durch einen Bereich mit Potential = 0 Volt.
d) Also haben sie wieder die Ausgangsenergie.
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