Problem mit einer Aufgabe zum Coulomb-Gesetz

Chry · Anmeldungsdatum: 21.10.2009 Beiträge: 4

Hey,
ich hoffe ich bin mit diesem Thema an der richtigen Stelle.
Es dreht sich um die folgenden zwei Aufgaben:

1)
An den Ecken eines Quadrates der Seitenlänge 0,04m befinden sich jeweils Ladungen von -1mC. Bestimmen Sie Größe und Richtung der Kraft, die auf eine der Ladungen wirkt. Bestimmeen Sie Größe und Ort für eine Ladung, welche die durch die übrigen Ladungen wirkende Kräfte ausgleichen kann.

2)
Im Abstand von 5cm zu einer Punktladung von 10mC befindet sih eine Probeladung. Um den Abstand der Probeladung q auf 8cm zu vergrößern ist die Zufuhr einer Energie von 0,6J notwendig. Berechnen Sie die el. Feldstärke und das el. Potential für den Anfangsabstand, die Spannung zwischen den beiden Abständen, sowie die Größer der Probeladung q.

So, ich erwarte jetzt natürlich jetzt keine Lösung meiner Aufgaben von euch. Ein Denkanstoß würde reichen.
Zur ersten Aufgabe hab ich noch eine Frage: Ich gehe davon aus, dass die Ladungen in den Ecken des Quadrats "befestigt" sind, da sie sich ja sonst voneinander wegbewegen würden, ist das richtig?

Ich hab zur ersten Aufgabe auch noch ein Bild angehängt, das die ganze Sache (etwas) veranschaulicht.

Ich wär euch sehr dankbar wenn ihr mir mit der ein oder anderen Formel oder dem ein oderen anderen Tip zur Seite stehen würdet.

Gruß,
Chry

So, ich erwarte natürlich von euch jetzt keine Lösung meiner

Röhrenfan · Anmeldungsdatum: 29.09.2009 Beiträge: 129

> zu 1) An den Ecken eines Quadrates der Seitenlänge 0,04m befinden sich jeweils Ladungen von -1mC. Bestimmen Sie Größe und Richtung der Kraft, die auf eine der Ladungen wirkt. Bestimmeen Sie Größe und Ort für eine Ladung, welche die durch die übrigen Ladungen wirkende Kräfte ausgleichen kann.

Nimm mal die Kräfte, die auf Q1 wirken:
Berechne die jeweils die Kraft von Q2, Q3 und Q4 auf Q1 und addiere sie (vektoriell) zu F_res.
Auf der Wirkungslinie von F_res kannst du eine weitere Ladung platzieren, die eine entgegengesetzt wirkende Kraft auf Q1 erzeugt.

> Ich gehe davon aus, dass die Ladungen in den Ecken des Quadrats "befestigt" sind, da sie sich ja sonst voneinander wegbewegen würden, ist das richtig?
Ja, ist ok. Du kannst Dir z.B. die Ladungen auf isolierten Kugeln sitzend denken.

Gruß, Röhrenfan

Chry · Anmeldungsdatum: 21.10.2009 Beiträge: 4

Wie berechne ich denn die Kräfte, die auf Q1 wirken? Ist das diese Formel:
F_el = 1/(4*pi*epsilon) * 1/r² * Q * q

Röhrenfan · Anmeldungsdatum: 29.09.2009 Beiträge: 129

Ja sicher: Coulombsches Gesetz ...

Chry · Anmeldungsdatum: 21.10.2009 Beiträge: 4

Ok, du hast mir schon sehr geholfen.
Ich schreib jetzt mal auf, wie ich die ganze Sache angegangen bin:

Distanz zwischen Q1 und Q3: d²=(0,04m)²+(0,04m)² --> d= 0,0566m

Kräfte zwischen Q2 und Q1 und zwischen Q4 und Q1:
F_el = 1/(4*pi*Epsiolon) * 1/(0,04m)² * (-1*10^-6C) * (-1*10^-6C)
F_el = 5,6172N

Kraft zwischen Q3 und Q1:
F_el2 = 1/(4*pi*Epsiolon) * 1/(0,0566m)² * (-1*10^-6C) * (-1*10^-6C)
F_el2 = 2,8055N

Vektoren ausgerechnet:
F_res = 10,7494N

So, nun mit der Ladung, die die anderen ausgleicht:
ich hab sie in den Mittelpunkt des Quadrats (Schnittpunkt der Diagonalen) gesetzt.
Mein Ansatz:

10,7494 = 1/(4*pi*Epsiolon) * 1/(0,028m)² * (-1*10^-6C) * q
--> q = 0,93769 mC

Ist das ungefähr richtig?
Ich glaub ich hab sehr mit den Einheiten geschludert?!?

Chry · Anmeldungsdatum: 21.10.2009 Beiträge: 4

Hey,
die erste Aufgabe ist mir jetzt klar. Vielen Dank.
Kann mir vielleicht auch jemand bei der zweiten helfen? Wär euch echt sehr dankbar.

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Vielleicht erinnerst Du Dich ja an folgende Zusammenhänge in der Umgebung einer Punktladung:

E = Q/(4*pi*r²*eps)

phi = Q/(4*pi*eps*r)

Und dann vielleicht noch, dass Spannung gleich Potentialdifferenz, und dass "ungleichnamige" Ladungen sich anziehen. Was Brauchst Du noch? Ach ja, W = q*U