Corona Beschleunigung im Kondensator

Manu · Gast

Meine Frage:
Bei einer Corona Station (Kunststoffbehandlung zur Erhöhung der Oberflächenspannung) soll die Spannung berechnet werden. Die Laborcorona Station kann vereinfacht als Luftkondensator angesehen werden.
Gegeben ist e=1,602*10^-19 C; m= 9,11*10^-31 kg; d = 1cm; t = 2ps (Dauer eines Umlaufs Wechselspannung)
Wie kann man aus diesen gegebenen Größen die Spannung berechnen.
Vielen Dank schonmal für Eure Hilfe. Brauch dies sehr dringend (heute noch) ist für eine Klausur.
LG

Meine Ideen:
Leider habe ich nicht wirklich eine Idee, da bei jedem Ansatz mir immer irgendwie ein Größe fehlt wie Beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung, Energie...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du da am besten mal genauer erzählen, was du bisher über so eine Corona-Station weißt, und welche Ansätze du bisher versucht und gesammelt hast?

Soll das d= 1cm der Abstand zwischen zwei Kondensatorplatten sein?

Soll das t= 2 ps die Periodendauer der angelegten Wechelspannung sein, oder was genau verstehst du unter "Dauer Umlauf Wechselspannung" ?

Was kannst du über die Funktionsweise so einer Corona-Station sagen, was passiert darin mit geladenen Teilchen (Elektronen) im elektrischen Feld eines Kondensators genauer? Sollen da eventuell Elektronen in diesem Wechselfeld eine Schwingung mit einer Amplitude von 1 cm ausführen?

Manu · Gast

Das Corona ist ein unkontrollierbares Plasmaverfahren. Die genauen Vorgänge spielen bei der Aufgabe keine Rolle. Wie schon gesagt kann es für die Berechnung vereinfacht als Luftkondensator betrachtet werden.

Richtig d ist der Abstand der beiden Platten und t= 2ps stellt die Periodendauer der Wechselspannung dar
Siehe Bild: hostdump.com/go/out.php/i5889_Unbenannt.jpg?id=d5977af9f156f7c8303430323739

Um die Spannung berechnen zu können benötige ich ja erstmal die Geschwindigkeit des Elektrons oder Energie...

Mit der Zeit kann ich ja die Frequenz berechnen allerdings komm ich mit der Frequenz auch nicht weiter zumindest habe ich dafür keine Formel entdeckt.

Ich hätte folgenden Ansatz:
Ekin = E el
0,5*m*v^2 = e*U

Allerdings brauche ich dazu noch die Geschwindigkeit des Elektrons. Ist diese evtl über den Abstand und der Zeit der Periodendauer berechenbar?
Sprich v=d/t = 0,01m / 2*10^-12s = 0,01 m/s
???
Allerdings würde ich dies schon sehr einfach finden?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Manu · Gast

Erläuterung Korona:
Coronaentladungen treten beim Durchgang eines elektrischen Stromes durch einen mit Gas
gefüllten Kondensator mit unsymmetrischen Elektroden auf. Es tritt hierbei eine
selbstständige Funken-Entladung2 an der Elektrode auf. Sie werden Coronaentladungen
deswegen genannt, weil dabei ein bläuliches Licht zwischen Elektrode und Polymeroberfläche auftritt. Bei der Coronaentladung wird die Polymeroberfläche mit Elektronen bombardiert. Die
Elektronen treten aus der Elektrode aus und werden unter Einfluss der Hochspannung in
Richtung der durchlaufenden Folienbahn beschleunigt. Dabei stoßen sie ca. alle 3 mm, d.h.
sehr häufig, mit den – im Vergleich riesigen - Luftmolekülen zusammen. Die von den
Elektronen an die Luftmoleküle abgegebene Energie führt zu elektronisch angeregten Teilchen und damit zur Bildung von Photonen (das bläuliche Coronalicht) und zur
chemischen Erzeugung von Ozon (O3) und Stickoxyden (NOX).
Die so gebremsten Elektronen haben nur noch eine mittlere Energie von abgeschätzt 5eV3,
wenn sie auf Bahnoberfläche aufprallen. Im Vakuum ohne Abbremsung, wäre diese Energie
Wel = e*U = 1,602 10-19 C * 30 kV/5, also 6.000 mal höher. Die Elektronen brechen auf der Oberfläche an den Polymerketten Bindungen auf, z.B. C-H
(benötigte Energie: 4,3 eV), C-O (3,6 eV), C-C (3,7 eV) und bilden freie Radikale. Unter
Radikale verstehen wir elektrisch geladene Teilchen oder neutrale Atome, die mindestens ein
ungepaartes Elektron besitzen. Radikale sind sehr reaktionsfähig und daher sehr kurzlebig.

Manu · Gast

Rechteckspannung:
s7.directupload.net/images/110126/srafs983.jpg
Als unregistrierter Benutzer kann ich leider keine URLs posten. Die Zeile muss ja nur kopiert und im Browser eingefügt werden. Bei mir klappt das mit dem Bild.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hoppla, wo hast du das mit der "Erläuterung Corona" rauskopiert? Bitte gib unbedingt Quellen an, wenn du zitierst!

Und ich sehe noch nicht so ganz, wo da der Bezug zu einer Corona-Station ist.

Bisher hast du eher nur versucht, irgendwelche Fertigformeln zusammenzusetzen und einen Fertigtext zu kopieren.

Damit kann ich bisher noch nicht erraten, was dein eigener Stand ist, und was du selbst wirklich schon über die Funktionsweise so einer Corona-Station weißt. Genau das wäre aber sehr hilfreich von dir zu hören; um so gezielter und schneller können wir dir dann da weiterhelfen, wo es hakt.

Was ist zum Beispiel deine vollständige wörtliche Aufgabenstellung, die du da gerade bearbeitest? Vielleicht sehen wir ja damit dann gleich viel leichter, worum es geht und was gerechnet werden soll?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Manu · Gast

Quelle:

Manu · Gast

Das Elektron soll beschleunigt werden auf der Länge von 1cm um auf dem Kunststoff aufzutreffen.
Richtig Kondensator wird aus der Elektrode und Kühlwalze gebildet

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Manu · Gast

Wenn ich den Ansatz so nehme muss ich aufjedenfall noch definieren mit welcher Energie die Elektronen auf den Kunststoff aufprallen. Wie oben zitiert benötigt man eine Energie von min 4,3eV damit man den gewünschten Effekt auch tatsächlich erhält.
Diese Angabe habe ich aber nicht. Wenn diese gegeben wäre wüsste ich auch wie ich das ganze berechnen könnte: E=e*U

Wenn es aber keinen anderen Weg geben sollte müsste ich bei der Aufgabe als Ansatz eine Energie definieren bzw. annehmen um weiter zu rechnen. Die Definition des Wertes wäre dann eben 5eV um die Funktionsfähigkeit der Corona zu gewährleisten.

sehe ich das richtig?

Allerdings verstehe ich dann nicht wieso überhaupt die Zeichnung, Masse und Abstand angegeben werden, wenn das eh nicht benötigt wird bzw eine ganz andere Angabe zB. die der Energie benötigt wird

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du einfach erstmal ohne Annahme irgendeiner benötigten Aufprallenergie berechnen, wie weit so ein Elektron kommt, wenn es einmal beschleunigt und einmal abgebremst wird in so einem elektrischen Feld, dessen Spannung mittendrin das Vorzeichen wechselt?

Findest du dafür schon einen Formelansatz? (falls hilfreich, mache dir dazu gerne eine Skizze mit v(t)-Diagram und s(t)-Diagramm oder so)

Manu · Gast

Aus dem Stehgreif fällt mir jetzt kein Ansatz ein

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hast du schonmal Aufgaben gerechnet wie:

Ein Lastwagen beschleunigt die erste Hälfte des Weges mit der Beschleunigung a. Die zweite Hälfte des Weges bremst er mit der Beschleunigung -a. Insgesamt kommt er damit einen Kilometer weit, und er braucht dafür insgesamt 10 Minuten. Wie groß war die Beschleunigung a ?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Da hier momentan Funkstille herscht, möchte ich ein paar Nachfragen anbringen, die mir von Anfang an im Kopf herumspuken und sich nach dem Verweis auf das Skript konkretisiert haben. Im Skript werden Überlegungen angestellt, die für die Praxis besondere Relevanz haben. Man kann zwar wie dermarkus zunächst mal von dem Fall im Vakuum ausgehen. Das hat aber für die Praxis überhaupt keine Relevanz. Denn in Luft können sich die Elektronen nicht frei bewegen, sondern es stellt sich eine im Mittel konstante Driftgeschwindigkeit ein. Woher sollen außerdem im Vakuum die zu beschleunigenden Elektronen herkommen? Okay, kann durch Elektronenemission geschehen, wofür aber irre hohe Feldstärken benötigt würden. Die hätte man auch bei entsprechender Inhomogenität, insbesondere als nach dem Ansatz von dermarkus eine Spannung am "Kondensator" von über 100kV notwendig wäre (allerdings homogenes Feld vorausgesetzt, was schon nicht zusammenpasst). Welche Spannung U (laut Skript die Spannung über R, L und C) aber bei der gegebenen Grundfrequenz von 500GHz dazu nötig wäre, wage ich mir gar nicht auszumalen. Im Skript ist von 10 bis 40 kHz die Rede.

Deshalb die ganz konkrete Frage: Aufgrund welcher (und auch wessen) Überlegung ist die konkrete Aufgabenstellung entstanden und welcher Zusammenhang soll zu dem praktischen Hintergrund bestehen. Geht es also nur um eine Übung zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung, oder sollen mit der Lösung der gestellten Aufgabe irgendwelche Schlussfolgerungen für die im Skript genannte praktische Anwendung erarbeitet werden?

Manu · Gast

Ist nur eine Übung das Skript habe ich nur wegen den Verständnissfragen gepostet.
Bei der Aufgabe wird angenommen dass kein Zusammenstoss mit anderen Teilchen vorkommt, sprich reine Beschleunigungsaufgabe.

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Ja wenn das soo ist. Dann rechne mal die Lastwagenaufgabe von dermarkus. Und stell' Dir vor, der Lkw hat wirklich nur die 10 Minuten zur Verfügung. Nach 5 Minuten wird er zwangsweise in Gegenrichtung beschleunigt.

Manu · Gast

Wie sieht es eigentlich damit aus?
d = 0,5 * a* t^2 --> Berechnung der Beschleunigung
a = e*U / m*d --> U berechnen
Allerdings erhalte ich dabei eine Spannung von paar GV von daher eher unwahrscheinlich aber was soll daran falsch sein?

Manu · Gast

Das ist ja im Endeffeckt die LKW Aufgabe, aber das Ergebnis ist schon sehr unwahrscheinlich...

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788