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Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 14:56    Titel: Elektrische Felder Antworten mit Zitat

Meine Frage:
U=200V d=0,3m Q=5*10^-13 C m=2*10^-11kg
Gesucht ist V,t,a, Ekin


Meine Ideen:

Als erstes hab ich F ausgerechnet da man aber sowohl die Feldstärke des Plattenkondensators als auch die der Erde berücksichtigen muss.

Fe= 3,33*10^-10 N
Fg=1,962*10^-10 N
also:
Fr=3,87*10^-10 N

Dann hab ich a berechnet
a=19,35m/s²

Jetzt wollte ich d berechnen über

d=(U*Q)/Fr=0,26m
aber da dass eine Diagonale sein muss kann die ja länger als der direkte Weg sein.

Und jetzt komme ich nicht weiter muss ich d anders berechnen, oder habe ich mich irgendwo vertan?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 15:21    Titel: Antworten mit Zitat

Solange Du nicht die originale Aufgabenstellung verrätst, ist man auf Vermutungen und hellseherische Fähigkeiten angewiesen. Du hast zwar gesagt, welche Größen gegeben und welche gesucht sind, aber keinerlei Angaben zur geometrischen Anordnung und physikalischen Problemstellung gemacht.

1. Zwischen welchen Punkten liegt U?
2. Was ist mit d gemeint?
3. Welche Ladung Q ist gemeint?
4. Worauf bezieht sich die Masse m?
5. Nach wessen Geschwindigkeit ist gefragt?
6. Für welchen Vorgang ist die Zeit t zu bestimmen?
7. Welcher Körper soll eine Beschleunigung erfahren und eine kinetische Energie besitzen?

Natürlich kann man vermuten, dass es sich um einen Plattenkondensator mit Spannung U und Plattenabstand d handelt, in dem ein Ladungsträger mit der Masse m und der Ladung Q sich bewegt. Aber sicher ist das schon deshalb nicht, weil einerseits eine Größe d gegeben ist, andererseits Du bei der Berechnung einer Größe d Schwierigkeiten zu haben scheinst.

Sollte es sich tatsächlich um die vermutete Anordnung handeln, fehlt als ganz wesentliche Information die Lage der Kondensatorplatten. Stehen die senkrecht, waagerecht oder in irgendeinem Winkel zur horizontalen geneigt? Sind die Kondensatorplatten überhaupt parallel? Usw.
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 15:43    Titel: Antworten mit Zitat

also die Plattenkondensatoren sehen etwa so aus:

[+] [-]

Es handelt sich also sich um einen Plattenkondensator mit Spannung U und Plattenabstand d, in dem ein Ladungsträger mit der Masse m und der Ladung Q sich bewegt.
Mehr weiß ich dazu auch nicht.

Und d ist der Plattenabstand, dass zweite d, das ich ausrechnen wollte ist der Weg des Teilchens, da es ja nicht denn direkten Weg nimmt, sondern schräg nach unten, da es von der einen (größeren: Fe) Kraft zum negativen Pol gezogen wird und von der anderen ( kleineren: Fg) nach unten( Erde).
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 15:50    Titel: Antworten mit Zitat

Die Plattenkondensatoren sind vertikal und parallel zueinander.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 16:22    Titel: Antworten mit Zitat

Das "zweite d" ist doch gar nicht gefragt. Wozu benötigst Du es dann? Aber selbst, wenn Du das berechnen willst, dann liegt Dein Fehler darin, dass im Zähler Deiner Formel die Änderung der potentiellen Energie fehlt. Denn immerhin fällt die Ladung ja nach unten, hat also je nach betrachteter Zeit eine andere potentielle Energie.

Bleibt immer noch zu fragen, welche Zeit Du bestimmen willst und ob die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit gefragt ist oder nur der Endzustand betrachtet werden soll, also nach welcher Zeit der Ladungsträger auf der anderen Platte ankommt, welche Geschwindigkeit und welche kinetische Energie er kurz vor dem Auftreffen hat. Dazu müsste aber auch der Angfangszustand bekannt sein, also wo und mit welcher Geschwindigkeit sich der Ladungsträger zur Zeit t = 0 befindet. Alles Angaben, die Du bislang nicht verraten hast.
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 16:57    Titel: Antworten mit Zitat

Am Anfang ist er am Pluspol und bewegt sich dann mit konstanter Geschwindigkeit auf den Minuspol zu wobei er von der Feldstärke des elektrischen Feldes der Erde leicht nach unten gezogen wird.
Um das zu verdeutlichen Gab es diese Bild und einfach oben genannte gegebene und gesuchte Werte.
_ _
l l l l
l l l l
l l l l
l l l l
l l(+) ----> l l
l l l l l
l l V l l
l l l l
l l l l
l_l l_l
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 17:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, vergiss das BIld, dass wurde völlig falsch übertragen.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 17:11    Titel: Antworten mit Zitat

Lylicify hat Folgendes geschrieben:
wobei er von der Feldstärke des elektrischen Feldes der Erde leicht nach unten gezogen wird


Nee, das glaube ich nicht. Die Ablenkung nach unten erfolgt aufgrund der Gewichtskraft des Ladungsträgers. Der "fällt" einfach runter. Ist die Frage, wie weit er fällt, bis er drüben angekommen ist. Dazu brauchst Du nur die waagrechte Bewegungskomponente zu betrachten und die zugehörige Zeit zum Durchlaufen des Plattenabstandes zu berechnen.
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 17:18    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt komm ich nicht mehr mit, sohaben wir das noch nie gemacht.
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 17:19    Titel: Antworten mit Zitat

Eine große Hilfe wäre es, wenn du mir sagen könntest wie ich oben genannte gesuchte Größen berechne.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 17:28    Titel: Antworten mit Zitat

1. Berechne die Geschwindigkeit in waagrechter Richtung nach Energieerhaltungssatz.
2. Berechne die Zeit zum Durchlaufen des Plattenabstandes d mit Hilfe der Weggleichung für die gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
3. Setze diese Zeit in die Geschwindigkeitsgleichung für den freien Fall ein und berechne damit die Geschwindigkeit in vertikaler Richtung.
4. Addiere die beiden Geschwindigkeiten mit Pythagoras zur Gesamtgeschwindigkeit
5. Bestimme daraus die kinetische Energie.
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 17:37    Titel: Antworten mit Zitat

Ich muss ehrlich zugeben, ich scheiter schon an diesem ersten Schritt:
1. Berechne die Geschwindigkeit in waagrechter Richtung nach Energieerhaltungssatz.
Was ist der Energierhaltungssatz?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 17:41    Titel: Antworten mit Zitat

Wel = Q*U
Wkin = (1/2)m*v_x²

Dabei ist v_x die Geschwindigkeit in waagrechter Richtung.

Energieerhaltungssatz: zugeführte elektrische Energie Q*U ist gleich der kinetischen Energie (1/2)m*v_x².

---> v_x = sqrt(2*Q*U/m)
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 17:55    Titel: Antworten mit Zitat

Unser Leherer sagt, dass E nicht gleich Ekin ist.
Ich denke, du bist zu sehr in dieser Thematik drin, um von meinem Standort zu sehen.
Ich habe nur die drei, vier Formeln die wir im Unterricht gelernt haben.
Und damit klappt, dass ganze irgendwie nicht.
planck1858



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Beiträge: 4542
Wohnort: Nrw

Beitrag planck1858 Verfasst am: 02. Okt 2010 18:38    Titel: Antworten mit Zitat

Ich würde dir empfehlen einfach alle Formeln hier reinzustellen.

Damit man sich mal eine Übersicht verschaffen kann.

_________________
Die Naturwissenschaft braucht der Mensch zum Erkennen, den Glauben zum Handeln. (Max Planck)

"I had a slogan. The vacum is empty. It weighs nothing because there's nothing there. (Richard Feynman)
Lylicify
Gast





Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 18:49    Titel: Antworten mit Zitat

Folgende Formeln stehen zur Verfügung:

W=Q*U

E=U/d

Fg=m*g

Fe=E*Q

V=a*t

Ekin=( 1/2) * m * v²

d=(a/2)*t²
GvC



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Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 19:23    Titel: Antworten mit Zitat

Lylicify hat Folgendes geschrieben:
Unser Leherer sagt, dass E nicht gleich Ekin ist.


Ja, da war ich wohl etwas nachlässig. In dieser Formel

GvC hat Folgendes geschrieben:
Wkin = (1/2)m*v_x²


ist Wkin der Energieanteil der waagrechten Geschwindigkeitskomponente. Ich dachte, das ginge aus dem Zusammenhang und aus der Tatsache hervor, dass hier nur die waagrechte Geschwindigkeitskomponente v_x eingetragen ist. Vielleicht hätte ich besser Wkin_x schreiben sollen. Auch ich hatte Dich bereits darauf hingewiesen, dass in einer Deiner ersten Gleichungen der potentielle Energieanteil fehlt. Das entspricht genau dem, was Dein Lehrer sagt.

Wenn Du meinen "5-Punkte-Plan" genau durchliest, sollte Dir eigentlich klar sein, dass auch noch ein potentieller Energieanteil in kinetische Energie umgewandelt wird, so dass entsprechend Punkt 5 sich die gesamte kinetische Energie ergibt als

Wkin = Q*U+m*g*s_y

wobei s_y die Ablenkung in vertikaler Richtung ist. Die lässt sich aber nur errechnen aus der Zeit, die der Ladungsträger benötigt, um von einer Platte zur anderen zu gelangen. Denn nur so lange "fällt der Ladungsträger.

Um es nochmal ganz deutlich zu sagen: Es handlet sich hier um die Überlagerung zweier senkrecht zueinander stehenden Bewegungsabläufe, wobei beide gleichmäßig beschleunigt sind. Die Beschleunigung in vertikaler Richtung ist natürlich die Fallbeschleunigung g, die in horizontaler Richtung ist a_x = Fel/m = Q*E/m = Q*U/(m*d).

Im Übrigen möchte ich vorschlagen, für die Energie das Symbol W zu benutzen, da sonst eine Verwechselungsgefahr mit der Feldstärke besteht, die im Allgemeinen mit E bezeichnet wird.

Die Gleichungen, die Du zur Lösung Deiner Aufgabe brauchst, hast Du ja schon alle aufgeschrieben. Nun geh' mal der Reihe nach vor.
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 19:28    Titel: Antworten mit Zitat

Ich weiß immer noch nicht wie ich auf das benötigte d komme, womit ich immer noch anfangen würde, da ich a habe und dann t ausrechnen kann.
GvC



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Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 19:51    Titel: Antworten mit Zitat

Ich glaube, Du liest meine Beiträge nicht. Du brauchst das, was Du d nennst, aber nicht d nennen solltest, doch überhaupt nicht. Danach ist nicht gefragt! Die Zeit t kannst Du ausrechnen, indem Du Dir die waagrechte Bewegungskomponente anschaust enstprechend Punkt 1 und 2 meines 5-Punkte-Plans.
Lylicify
Gast





Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 19:58    Titel: Antworten mit Zitat

Ich verstehe deinen 5-Punkteplan aber leider nicht.
Deshalb kann ich t nocht ausrechnen...

Kann es sein, dass ich diech ziemlich nerve?
Wenn ja tut mir wirklich leid, wahrscheinlich bin ich einfach zu blöd.
Ich kann einfach nichts.
GvC



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Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 20:23    Titel: Antworten mit Zitat

Lylicify hat Folgendes geschrieben:
Ich verstehe deinen 5-Punkteplan aber leider nicht.


Was verstehst Du daran nicht? Und schön der Reihe nach!
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 20:30    Titel: Antworten mit Zitat

1. Berechne die Geschwindigkeit in waagrechter Richtung nach Energieerhaltungssatz.
2. Berechne die Zeit zum Durchlaufen des Plattenabstandes d mit Hilfe der Weggleichung für die gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
3. Setze diese Zeit in die Geschwindigkeitsgleichung für den freien Fall ein und berechne damit die Geschwindigkeit in vertikaler Richtung.
4. Addiere die beiden Geschwindigkeiten mit Pythagoras zur Gesamtgeschwindigkeit
5. Bestimme daraus die kinetische Energie.


Überhaupt nicht. Ich kann die gegebenen Worte einfach nicht in Formeln fassen.
Wahrscheinlich würde ich sie nicht mal in Verbindung bringen, wenn ich sie kennen würde.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 20:32    Titel: Antworten mit Zitat

Also dann mal anders. Kennst Du den Energieerhaltungssatz?
Lylicify
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Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 20:35    Titel: Antworten mit Zitat

Nein
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 20:59    Titel: Antworten mit Zitat

Oh, oh, dann schau erstmal im Physikbuch nach.

Wenn Du Energie in ein "System" hineinsteckst, dann bleibt sie da drin. Sie kann nicht verschwinden. Sie liegt möglicherweise in einer anderen Form vor, aber sie ist vorhanden. Im vorliegenden Fall ist das System das Kügelchen. Da steckst Du Energie hinein

1. in Form elektrischer Energie Q*U (die erste Formel in Deiner Sammlung)
2. in Form potentieller Energie m*g*h, denn vorher hatte das Kügelchen eine "höhere" Position als am Ende des Vorgangs. Das h hatte ich auch schon mal als s_y bezeichnet, nämlich die Strecke, die das Kügelchen unter dem Einfluss der Gewichtskraft auf seinem Weg von einer zur anderen Platte runtergefallen ist.

Die Summe beider Energieanteile muss zum Schluss als kinetische Energie vorliegen Wkin = (1/2)m*v²

Energeieerhaltungssatz:
Wzu = Wkin
Q*U + m*g*h = (1/2)m*v²

Die Schwierigkeit liegt nun darin, die Fallstrecke h zu bestimmen. Dazu benötigst Du die Zeitdauer, in der das Kügelchen fällt.

h = (1/2)g*t²

Die Zeit t, die dem Kügelchen zum Fallen zur Verfügung steht, ist aber gerade die Zeit, die das Kügelchen braucht, um von einer Platte zur anderen zu gelangen.

Die Bewegung schräg nach unten lässt sich zusammengesetzt denken aus einer waagrechten Bewegung (dafür ist die waagrechte Feldkraft verantwortlich) und einer freien Fallbewegung senkrecht nach unten, wofür die Gewichtskraft m*g verantwortlich ist. Beide Bewegungsvorgänge kannst Du zunächst getrennt betrachten und später überlagern, so wie Du das ja mit den Kräften auch gemacht hast. Wir machen die Überlagerung aber besser erst später.

Kannst Du nun aus der waagrechten gleichmäßig beschleunigten Bewegung die Zeit ausrechnen, die das Kügelchen braucht, um den Plattenabstand d zu überwinden? Die dazu notwendige Gleichung ist

d = (1/2)a*t²

mit

a = Fel/m
und
Fel = Q*E = Q*U/d
Lylicify
Gast





Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 21:19    Titel: Antworten mit Zitat

Q*U/d=Fel=3,33 *10^-10 N

Fel/m=a=1,665*10^-21

t=1,89*10^10

aber das kann doch irgendwie nicht passen?
Lylicify
Gast





Beitrag Lylicify Verfasst am: 02. Okt 2010 21:55    Titel: Antworten mit Zitat

Hast du aufgegeben?
Bitte hilf mir.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14727

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Okt 2010 22:35    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hab' Dir doch schon alle Formeln gegeben. Brauchst Du doch nur noch auszurechnen. Wo ist in Deinem Beitrag denn die Formel, mit der Du t bestimmst?

d = (1/2)a*t²

nach t auflösen:

t = sqrt(2d/a)

a = Fel/m = Q*U/(d*m)

einsetzen

t = sqrt(2*d²*m/(Q*U))

Das wird sich doch wohl noch ausrechnen lassen!

Du hast bei der Division der Zehnerpotenzen einen Fehler gemacht.
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