Millikan-Versuch mit elektrischem Feld in Luft

herthafan · Gast

Meine Frage:
Hallo, ich habe ein Problem mit folgender Aufgabe:

Ein Plattenkondensator mit einem konstanten Plattenabstand wird horizontal aufgestellt, damit der Vektor der elektr. Feldstärke vertikal ausgerichtet ist. Die Versuchsanordnung wird im Vakuum betrieben.

In die Mitte der Kondensatorplatten wird ein negativ geladenes Öltröpfchen eingebracht, und an den Kondensator wird eine Spannung mit dem positiven Pol an der oberen Platte angelegt.

Die Fragen lauten:
1. Wie bewegt sich das Öltröpfchen im Experiment?
2. Was würde sich ändern, wenn man das Experiment in Luft durchführen würde?
(Man soll die Antworten mithilfe der Newtonschen Gesetze begründen)

Meine Ideen:
Zur Frage 1 habe ich als Antwort, dass das Newtonsche Grundgesetz der Mechanik F=m*a lautet, woraus sich herleiten lässt, dass ein Körper beschleunigt wird, wenn eine Kraft auf ihn wirkt. Konkret für die Aufgabe heißt das, dass das Öltröpfchen auf dem Weg nach oben beschleunigt wird.

Zur Frage 2 habe ich als Ansatz, dass nun Auftriebskräfte und Reibungskräfte enstehen, weiter weiß ich aber nicht.

elbilo · Anmeldungsdatum: 12.02.2018 Beiträge: 152

Hey,

man kann die erste Frage so pauschal garnicht beantworten. Im Kondensator wirkt auf das negativ geladene Öltröpfchen sowohl die Gravitations- als auch die Coloumkraft; beide in entgegengesetzter Richtung, sodass, wenn die Coloumbkraft den gleichen Betrag hat wie die Gravitationskraft, das Öltröpfchen schweben würde. Jetzt kann natürlich die Coloumbkraft auch schwächer oder stärker als die Gravitationskraft sein, sodass sich das Öltröpfchen zur positiven Platte (Wenn Coloumbkraft > Gravitationskraft) oder in Richtung negativer Platte (wenn Coloumbkraft < Gravitationskraft) bewegen kann.

Gruß
elbilo

helferlein123 · Gast

@ebilo: Eben darum geht es ja gerade, zu sagen, dass sich das Tröpchen senkrecht bewegt. Und das die Richtung und die Geschwindigkeit (bzw. Beschleunigung) eben aus der Differenz zwischen Coulombkraft und Gravitationskraft zusammensetzt. Den Rest hast du ja richtig erläutert.

@herthafan: Du hast richtig erkannt, dass sich zum Vakuum ändert, dass es zusätzlich eine Luftreibung geben wird. Diese hängt ja aber von der Bewegung des Teilchens ab. Wenn das Teilchen ruht bewirkt diese Reibung garnichts.
Wie wirkt sich die Reibung auf die Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung aus? Die Richtung ist hierbei egal!!! Heißt der Bewegungszustand und die Richtung wird genauso bestimmt, wie im Vakuum, aber die Geschwindigkeit ändert sich. Damitdu was zu tun hast, musst du jetzt noch herausfinden wie diese sich ändert.

LG

herthafan · Gast

Wir haben das so gar nicht behandelt, die Aufgabe ist auf Niveau Klasse 12. Gäbe es nicht eine einfache Antwort?

[email protected] · Gast

Ohne dich verärgern zu wollen, das ist eine einfache Antwort, die sicherlich auch ein Zehntklässler versteht. :-)

Was verstehst du denn jetzt nicht?

Da steht in Kurzform: Die Gewichtskraft (Gravitationskraft) zieht den Tropfen nach unten, die Coulombkraft (elektrostatische Anziehung) nach oben. Je nach dem, wie groß die Kräfte sind, wird die Richtung der Bewegung festgelegt. Also Coulomb<Gravitation=nach unten, Coulomb>Gravitation nach oben. Sind beide Kräfte gleich, steht das Teilchen still zwischen den Platten.

Wenn Luft statt Vakuum, gibt es Luftreibung, welche das Teilchen bremst. Das heißt, das Tröpfchen wir sich bei gleichen Bedingungen langsamer bewegen (beschleunigen).

Was genau ist da nicht zu verstehen?

alex12345 · Gast

@ Admin: bitte die Mailadresse aus dem letzten Beitrag als Namen entfernen!!!!!! Das war ein Fehler beim Tippen des Beitrags!

herthafan · Gast

Erstmal danke für alle Antworten, hab das jetzt verstanden.

Mir war der Begriff Coulombkraft einfach nicht bekannt, wir hatten sie bis jetzt einfach nur als F_el bezeichnet (unser Physik GK ist nicht gerade auf dem höchsten Niveau).

Hätte natürlich auch erwähnen müssen, dass das Öltröpfchen sich laut Aufgabe nach oben bewegt (ist das aber nicht automatisch eine Folge dessen, dass die Spannung an die obere Platte mit dem positiven Pol angelegt wird und das Öltröpfchen negativ geladen ist?)

elbilo · Anmeldungsdatum: 12.02.2018 Beiträge: 152

Nein, ist es nicht, da die Coulombkraft dafür größer sein muss als die Gravitationskraft, was von der Spannung am Kondensator, dem Plattenabstand, der Ladung und der Masse des Öltröpfchens abhängt.

Gruß
elbilo