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Kraft zwischen entgegengesetzten Leitern
 
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Tec14



Anmeldungsdatum: 15.03.2021
Beiträge: 6

Beitrag Tec14 Verfasst am: 15. März 2021 09:20    Titel: Kraft zwischen entgegengesetzten Leitern Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Wie berechnet man die Kraft zwischen zwei entgegengesetzte Leitern?
Gegeben sind I1 = 10A, I2 = 20A und der Abstand 0,3m. Gesucht ist die Kraft F1 und F2.

Meine Ideen:
?
gast_4711
Gast





Beitrag gast_4711 Verfasst am: 15. März 2021 11:22    Titel: Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Wie berechnet man die Kraft zwischen zwei entgegengesetzte Leitern?
Gegeben sind I1 = 10A, I2 = 20A und der Abstand 0,3m. Gesucht ist die Kraft F1 und F2.

Meine Ideen:
?


Ja ich habe Ideen. Hast Du selber überhaupt keine Ideen?

Meine Frage. Was erzeugt ein stromdurchflossener Leiter? Ist es ein Gravitationsfeld? Könnte das gemeint sein? Eher wohl nicht. Was gibt es sonst noch für Felder die einen elektrischen Strom umgeben?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4432

Beitrag Mathefix Verfasst am: 15. März 2021 11:40    Titel: Antworten mit Zitat

@gast_4711
Benutze doch bitte den "Antwort Button", damit die Aufgabenstellung nicht immer wiederholt wird.

Danke
Mathefix
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14704

Beitrag GvC Verfasst am: 15. März 2021 12:08    Titel: Antworten mit Zitat

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
Wie berechnet man die Kraft zwischen zwei entgegengesetzte Leitern?


Was sind denn "entgegengesetzte" Leiter? Möglicherweise sind zwei (theoretisch unendlich lange) parallele Leiter gemeint, die von Strömen in entgegengesetzter Richtung durchflossenen werden. Richtig?

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
Gesucht ist die Kraft F1 und F2.


Die Kräfte (die natürlich entgegengesetzt gleich groß sind) lassen sich nur berechnen, wenn die Länge des betrachteten Leiterabschnitts gegeben ist. Das ist hier nicht der Fall. Insofern ist die Frage unsinnig. Allerdings lässt sich die Kraft pro Länge bestimmen. Ist das vielleicht gemeint?
Tec14



Anmeldungsdatum: 15.03.2021
Beiträge: 6

Beitrag Tec14 Verfasst am: 15. März 2021 15:36    Titel: Kraft zwischen entgegengesetzten Leitern Antworten mit Zitat

Vielen Dank für die Antworten. Ich habe die Fragestellung zu wenig formuliert. Sorry.
Ich habe in der Zwischenzeit die benötigte Formel gefunden. :-)

F=(uo*I1*I2)/(2*pi*2a)
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14704

Beitrag GvC Verfasst am: 15. März 2021 15:45    Titel: Antworten mit Zitat

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
F=(uo*I1*I2)/(2*pi*2a)


Was bedeutet denn der rot gekennzeichnete Faktor "2a" im Nenner? Und fehlt da nicht noch was im Zähler?
Tec14



Anmeldungsdatum: 15.03.2021
Beiträge: 6

Beitrag Tec14 Verfasst am: 15. März 2021 16:03    Titel: Antworten mit Zitat

a ist der Abstand. Ich habe noch ein Bild beigefügt.


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GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14704

Beitrag GvC Verfasst am: 15. März 2021 17:00    Titel: Antworten mit Zitat

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
a ist der Abstand.


Laut Skizze ist a allerdigs der doppelte Abstand.

Außerdem stimmt Deine Kraftgleichung dimensionsmäßig nicht. Sie ergibt nämlich nicht eine Kraft, sondern eine Kraft pro Länge.

Welche Bedeutung hat denn der Punkt P1 in Deiner Skizze? Gehört das irgendwie zur Aufgabe? Es wäre sinnvoll, wenn Du mal die komplette Aufgabenstellung posten würdest.
Tec14



Anmeldungsdatum: 15.03.2021
Beiträge: 6

Beitrag Tec14 Verfasst am: 15. März 2021 20:58    Titel: Antworten mit Zitat

Beiliegend die Aufgabenstellung. Es ist die Kraft gesucht.


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GvC



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Beitrag GvC Verfasst am: 16. März 2021 12:29    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist ja nun ein anderes Szenario als in Deiner vorigen Skizze. Dort war der Abstand 2a, hier ist er a. Außerdem ist das nicht die Aufgabenstellung, sondern nur eine Skizze zur Aufgabenstellung. Da muss es doch noch einen Text geben, aus dem z.B. die Länge des betrachteten Leiterabschnitts hervorgeht. Denn anderenfalls ist, wie bereits gesagt, nicht die Kraft, sondern nur eine Kraft pro Länge berechenbar.

Außerdem sind die Bezeichnungen verwirrend. Es sind zwei Kraftvektoren mit unterschiedlichen Richtungen eingezeichnet, die aber denselben "Namen" haben. Wenn die Richtungen unterschiedlich sind, müssen auch die Kraftvektoren unterschiedlich sein, also unterschhiedliche Bezeichnungen haben, beispielsweise für die linke und für die rechte Kraft.

Passe also die Formel für den Kraftbetrag aus einem Deiner gestrigen Beiträge an das jetzt vorgegebene Szenario an, und mache Dir zu den Richtungen der beiden Kräfte gesonderte Gedanken.
Brillant



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Beitrag Brillant Verfasst am: 16. März 2021 14:02    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:
Da muss es doch noch einen Text geben, aus dem z.B. die Länge des betrachteten Leiterabschnitts hervorgeht.

Laienhafte Frage: Wieso ist die Länge wichtig? Wenn ich an einem beliebigen Punkt die Kraft messe, mit der die Leiter zueinander oder voneinander streben, müsste diese Kraft doch überall gleich sein. Vorausgesetzt die Leiter verlaufen parallel.

_________________
Mathematik: Der Bus fährt morgens aus dem Depot, an der ersten Haltestelle steigen vier Leute ein, an der zweiten steigen fünf Leute aus. Wenn an der dritten wieder einer einsteigt, ist der Bus leer. Mathematisch vollkommen korrekt.
GvC



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Beitrag GvC Verfasst am: 16. März 2021 14:31    Titel: Antworten mit Zitat

Brillant hat Folgendes geschrieben:
Laienhafte Frage: Wieso ist die Länge wichtig? Wenn ich an einem beliebigen Punkt die Kraft messe, mit der die Leiter zueinander oder voneinander streben, müsste diese Kraft doch überall gleich sein. Vorausgesetzt die Leiter verlaufen parallel.


Ja, die Kraft ist überall gleich, und zwar unendlich groß. Denn wir gehen ja von unendlich langen Leitern aus. Wenn Du schon nicht aus der Formel erkennst, dass da eine Kraft pro Länge rauskommt, schau Dir mal das Biot-Savartsche Gesetz an.
Tec14



Anmeldungsdatum: 15.03.2021
Beiträge: 6

Beitrag Tec14 Verfasst am: 16. März 2021 16:48    Titel: Antworten mit Zitat

Du hast Recht. Die Länge muss berücksichtigt werden.
F=(uo*I1*I2)/(2*pi*2a)*l
Ich bin davon ausgegangen, dass sich die magnetische Feldstärke im Punkt P1 treffen. Dies bedeutet, dass am Punkt P1 die beiden Magnetfelder überlagert werden und sich teilweise verstärken, oder abschwächen. Über den Zusammenhang B= uo*H lässt sich das B-Feld bestimmen und mit diesem die wirkenden Kräfte der Leiter aufeinander. Korrekt?
Brillant



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Beiträge: 1818
Wohnort: Hessen

Beitrag Brillant Verfasst am: 16. März 2021 17:15    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:
Denn wir gehen ja von unendlich langen Leitern aus.

Du meinst dann auch „unendlich steife Leiter“, also theoretische Physik?

Ich denke mehr an ein praxistaugliches Seilsystem (Bild), das sich biegen kann. Da müsste man an jedem beliebigen Punkt zwischen den Leitern dieselbe Kraft messen können, unabhängig von der Länge.



licht_seilsystem.png
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Beiträge: 14704

Beitrag GvC Verfasst am: 17. März 2021 11:01    Titel: Antworten mit Zitat

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
Du hast Recht. Die Länge muss berücksichtigt werden.


Und an welcher Stelle der "Aufgabenstellung" wird die Länge genannt? Du hast noch immer nicht die originale wortwörtliche Aufgabenstellung gepostet.

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
F=(uo*I1*I2)/(2*pi*2a)*l


Wenn entsprechend Deiner letzten Skizze der Abstand der beiden Leiter a beträgt, dann muss das in der Formel auch entsprechend berücksichtigt werden, was Du hier nicht gemacht hast.

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
Ich bin davon ausgegangen, dass sich die magnetische Feldstärke im Punkt P1 treffen.


Was soll denn jetzt wieder der Punkt P1 bedeuten? Der war in dem letzten von Dir als "Aufgabenstellung" bezeichneten Szenario doch gar nicht mehr vorhanden.

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
Dies bedeutet, dass am Punkt P1 die beiden Magnetfelder überlagert werden ...


Die von den beiden Strömen verursachten Magnetfelder überlagern sich an jedem beliebigen Punkt des Raumes.

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
... und sich teilweise verstärken, oder abschwächen.


Das ist zwar prinzipiell richtig, spielt für die Kraftberechnung aber keine Rolle. Denn die Kraft wird immer auf einen Strom (d.h. auf einen stromführenden Leiter) im Magnetfeld des anderen Stromes berechnet. In der Rechnung ist also immer nur ein Magnetfeld und ein Strom relevant. Immerhin handelt es sich um zwei Kräfte (auf jeden Leiter eine). Wenn die Kraft auf den Leiter 1 mit dem Strom I1 berechnet werden soll, sind der Strom I1 und das Magnetfeld des Stromes I2 relevant, und umgekehrt. Betragsmäßig sind beide Kräfte gleich groß, aber entgegengerichtet. Denn sonst würde sich das ganze System ja bewegen. Es muss also statisches Gleichgewicht herrschen. (Analogie: Coulombsches Gesetz. Da wird immer die Kraft auf eine Ladung im Feld einer anderen Ladung berechnet)
Tec14



Anmeldungsdatum: 15.03.2021
Beiträge: 6

Beitrag Tec14 Verfasst am: 17. März 2021 17:31    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank für die interessanten Informationen. Wir arbeiten mit Kompetenzraster und das heisst, es gibt keine klare Aufgabenstellung. Wir müssen dies selbst herleiten. Wenn ich dich nun richtig verstanden habe, gilt die Formel F=(uo*I1*I2)/(2*pi*a) für Kraftwirkung zwischen zwei parallelen Leitern, durch die Ströme in gleicher Richtung fließen sowie für Kraftwirkung zwischen zwei parallelen Leitern, durch die Ströme in entgegengesetzter Richtung fließen. Ist dies korrekt?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14704

Beitrag GvC Verfasst am: 18. März 2021 11:35    Titel: Antworten mit Zitat

Tec14 hat Folgendes geschrieben:
Wenn ich dich nun richtig verstanden habe, gilt die Formel F=(uo*I1*I2)/(2*pi*a) ...


Fast richtig. Jetzt fehlt nur doch die Länge des betrachteten Leiterabschnitts. Denn was Du aufgeschrieben hast, ist keine Kraft, sondern eine Kraft pro Länge. Außerdem musst Du Dir noch Gedanken über die Richtung der beiden betragsmäßig gleich großen Kräfte machen.
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