Elektrische Felder

Lylicify · Gast

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: 14861

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 · Gast

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 · Gast

Die Plattenkondensatoren sind vertikal und parallel zueinander.

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

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 · Gast

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 · Gast

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

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Lylicify · Gast

Jetzt komm ich nicht mehr mit, sohaben wir das noch nie gemacht.

Lylicify · Gast

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

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

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 · Gast

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: 14861

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 · Gast

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 · Anmeldungsdatum: 06.09.2008 Beiträge: 4542 Wohnort: Nrw

Ich würde dir empfehlen einfach alle Formeln hier reinzustellen.

Damit man sich mal eine Übersicht verschaffen kann.

Lylicify · Gast

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 · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Lylicify · Gast

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 · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

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

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 · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Lylicify · Gast

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: 14861

Also dann mal anders. Kennst Du den Energieerhaltungssatz?

Lylicify · Gast

Nein

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

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

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

Hast du aufgegeben?
Bitte hilf mir.

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

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.