Aufgaben zum Potenzial

pg · Anmeldungsdatum: 21.11.2005 Beiträge: 278

Hi
Es geht um folgende Aufgaben:

1a) In einem Schaltplan steht bei A +10V, bei B -5V. Was bedeutet dies?

Wir haben das Potenzial

und das potenzial

. Die Spannung von A bis B beträgt

Kann man mehr dazu sagen?

b) Welche Energie gibt die Schaltung ab( bzw. nimmt sie auf), wenn die positive Ladung 2 C von A nach B transportiert wird?

Wir haben ja die Spannung U=15V, daher gilt:

c) Wie schließt man einen Spannungsmesser an, damit sein Zeiger nach rechts ausschlägt?

Ist doch eigentlich egal oder?

2 a) Warum kommt einen Punkt zwar ein Potenzial, aber keine Spannung zu?

Keine Ahnung...

b) Warum ist es bequemer, in Schaltplänen statt der Spannung zwischen allen möglchen Punkten nur ihre Potenziale anzugeben?

Weil wir die Spannungen durch die Potenziale schneller berechnen können und der Schaltplan ist übersichtlicher.

c) Warum steigt das Potenzial beim Annähern an einen positiv geladenen Körper? Hängt es vom Vorzeichen der transportierten Ladung ab?
keine Ahnung

3) Ein Ring im elektrischen Feld eines Plattenkondensators erhält z.B. auf der linken Seite negative, rechts positive Influenzladungen. Oben und unten ist der Ring ist der Ring ladungsfrei. Was kann man über das Potenzial der Ringteile sagen?
Ich kann mir vorstellen, wie das ganze aussieht. Was ich nicht verstehe, ist, warum der Ring oben und unten ladungsfrei? Und wie lang ist dieser Landung freie Teil?
zu den Potentialen kann ich nichts sagen!

Ich wäre für jede Hilfe dankbar!

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5789 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Bei der 1) a) und b) würde ich sagen: alles richtig! Thumbs up!

Bei der c): So ein "Spannungsmesser" hat ja zwei Anschlüsse. Wenn der Zeiger nach rechts ausschlagen soll, also einen positiven Wert anzeigen soll, dann müssen diese Anschlüsse richtig den Punkten A und B zugeordnet werden. Wenn man die Anschlüsse vertauscht, dann zeigt das Gerät einen negativen Wert an, der Zeiger geht also nach links.
Kannst Du Dir überlegen, wie man das jetzt genau anschließen muss, damit es einen positiven Wert anzeigt? Was zeigt das Messgerät überhaupt für einen Wert an?

2) a) Die Spannung ist ja die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Wenn Du nur einen Punkt hast, dann hast Du auch keine Differenz.
Das Potential ist aber die Differenz zu einem bestimmten Nullpotential. Das kannst Du dann also für jeden Punkt einzeln angeben.
Das kannst Du Dir vielleicht so am besten klar machen: Man gibt ja die Höhe auch gerne als "Höhe über NN" oder "Höhe über dem Meeresspiegel" an. Da ist dann die Referenz eben NN oder Meereshöhe. Dort setzen wir unsere 0 hin und die angegebene Höhe für einen Ort ist dann die Höhendifferenz zu diesem Nullniveau.
Du kannst aber auch sagen: Ort A liegt 50m höher als der Ort B. Wenn Du von A nach B oder umgekehrt laufen willst, interessiert Dich ja eigentlich nur, welche Höhe Du rauf oder runter steigen musst. Ob sich das ganze von 100m und 50m über NN abspielt oder bei 550m und 500m über NN, ist Dir da nicht so wichtig.
Das heißt: Potential ist so was ähnliches wie die Höhe über NN und kann natürlich für jeden Ort angegeben werden. Spannung ist aber der Höhenunterschied und kann dann nur zwischen zwei Orten angegeben werden. Wenn Du aber die Höhe über NN von zwei Orten kennst, kannst Du die einfach voneinander abziehen (Potentialdifferenz) und hast den Höhenunterschied.

b) ja, ich denke das ist so ok. Wie will man auch die Differenz zwischen allen beliebigen Punkten in einem Schaltplan angeben? Da hätte man viel zu tun. Und durch das Potential an jedem Ort kommt man ja auch zu jeder beliebigen Potentialdifferenz, also Spannung.
Das wäre wie wenn man in einer Wanderkarte die Höhendifferenz zwischen sämtlichen Orten angeben würde. Da gibt man auch immer nur die Höhe über NN an.

c) Das Potential hängt nicht vom Vorzeichen oder auch der Größe der transportierten Ladung ab.

3) Ich nehme mal an, dass der Ring ein Leiter sein soll. Die Oberfläche eines Leiters hat überall das selbe Potential. Das liegt daran, dass bei einer Potentialdifferenz die frei beweglichen Ladungsträger sich sofort so anordnen würden, dass diese Differenz genau ausgeglichen ist.

Gruß
Marco

pg · Anmeldungsdatum: 21.11.2005 Beiträge: 278

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5789 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

OK, die 1) c) und die 2) a) sind schon sehr gut finde ich! Rock

Die anderen Punkte hatte ich absichtlich etwas offen gelassen. Da weiß ich auch nicht so recht, was man da am besten schreibt.
Erstmal, das Potential hängt schon von dem Vorzeichen der "felderzeugenden" Ladung ab.
Das ganze ist so gemeint: Du hast eine Probeladung und bringst die in die Nähe eine großen positiven Ladung. Das Potential, das von der großen Ladung generiert wird und durch das Du die kleine Probeladung bewegst (eigentlich spielt aber die Größe der Ladung auch keine Rolle, ich schreibe das nur so, damit Du es Dir vielleicht besser vorstellen kannst), ist völlig unabhängig von der Probeladung. Das liegt daran, dass man das Potential immer ohne Probeladung berechnet und für die potentielle Energie an einem bestimmten Ort x

berechnet. Die Probeladung q kommt da also nochmal extra vor und auch das Vorzeichen.
Auch das kannst Du wieder vergleich mit der Höhensache: Ort A liegt auf einer Bergspitze. Ob Du dort eine Masse von 100kg oder 50kg hoch trägst, macht zwar eine unterschiedliche potentielle Energie, aber ändert nichts an der (Potential-)Höhe.

Das mit dem Annähern finde ich etwas ungenau in der Aufgabe ausgedrückt. Ich weiß nicht genau, was da als Antwort gewünscht ist. Ich würde vielleicht von der Formel von oben ausgehen für die potentielle Energie. Wenn Du eine positive Ladung gegen eine andere ortsfeste positive Ladung bewegst, dann musst Du Arbeit verrichten, weil Du gegen eine Kraft drückst. Wenn die obige Formel erfüllt sein soll, dann muss das Potential ansteigen, genau so wie die potentielle Energie. Wenn das Vorzeichen von q negativ ist, dann ist wird die potentielle Energie immer kleiner, weil sich die beiden Körper ja anziehen, aber wenn Du wieder V=E/q rechnest, siehst Du, dass das Potential dabei trotzdem wieder ansteigen muss.

Bei der 3)
Ein Ring aus leitendem Material (ich denke, das so was hier gemeint ist?) hat viele frei bewegliche Ladungsträger. Wenn man ihn in ein elektrisches Feld bringt, dann wirken ja Kräfte auf die Ladungsträger. Die negativen Ladungsträger (also Elektronen) sind ja normalerweise die frei beweglichen. Diese werden zur positiv geladenen Platte gezogen und lassen die positive Ladung zurück. Dadurch stellt sich aber wieder ein Feld entlang des Rings ein, das das äußere Feld überlagert. Es wandern immer mehr Elektronen, bis dieses neu entstandene Feld gerade so groß ist, dass kein Elektron mehr ein Kraft erfährt. Sonst würde es ja wandern und das Induktionsfeld weiter vergrößern.
Die Elektronen ordnen sich sogar genau so an, dass das Potential innerhalb des Rings und an seiner Oberfläche gerade ausgleicht. Deshalb haben durchgängige Leiterbahnen auf einem Schaltplan auch überall das gleiche Potential. Sobald irgendwo eine Potentialdifferenz vorhanden wäre, würde sofort eine Kraft auf ein benachbartes Elektron wirken, so dass es versucht diese Potentialdifferenz aus zu gleichen.
In der Mitte zwischen den Kondensatorplatten hebt sich dann dieses Induktionsfeld und das des Kondensators gerade auf. Deshalb bleibt dieser Bereich neutral. Allerdings eigentlich nur wirklich ganz genau in der Mitte.

Gruß
Marco

pg · Anmeldungsdatum: 21.11.2005 Beiträge: 278