Frage zu elektrischem Feld

Aufgabe als Bild - (Physik, elektrisches Feld)

1 Antwort

Hallo, trexxish,

a) Die potenzielle Energie der negativen Probeladung wird größer,
   weil von außen eine Kraft wirken muss, um die Coulombkraft zu
   überwinden, die auf das Elektron wirkt. Es wird von außen Arbeit
   verrichtet.

b) W = e * E * s = 1.602177 *10^-19 C * 5 * (10^4 N / C) * 0,04 m
     = 3,2 * 10^-16 N * m

c) U = W / e = 3,2 *10^-16 N * m /(1,602177 * 10^-19 C) = 2000 V
   Wenn der Punkt B als Bezugspunkt gewählt wird, dann beträgt die 
   Spannung U = -2000 V.

 d) U(AB) = 2000 V  ;  U(BC) = 0 V  ,   U (AC) = 2000 V

MfG

Physik - Verschiebungsarbeit - Potentielle Energie

Hallo, ich habe eine Frage bezüglich der Verschiebearbeit im elektr. Feld bzw. zur Energie die man aufwendet, wenn man eine Masse hochhebt ( sind ja 2 analoge Beispiele). Im elektr. Feld wendet man ja die Gegenkraft zur elektrischen Kraft entlang eines Weges auf, um die Ladung zu verschieben (bzw. hebt die Masse nach oben mit der Gegenkraft zur Gewichtskraft) daraus ergibt sich die Formel: W=F el. * s = QEs. So verstehe ich das eigentlich, meine Frage ist aber warum es hier reicht wenn man genau die Gegenkraft aufwendet, denn dann heben sich doch die Kräfte eigentlich auf, da sie entgegengerichtet sind, ich dachte die aufgewandte Kraft müsste etwas größer sein als F el. bzw Fg. . Also wenn mir jemand erklären könnte weshalb man nur genau Fg. oder Fel. nimmt und nicht mehr Kraft nötig ist, wäre ich sehr dankbar. :-) Es reicht auch ein Beispiel an einem Gegenstand den man einfach hochhebt oder so, ich steh gerade ein wenig aufm Schlauch.

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Flächenladungsdichte eines Kondensators mit Dielektrikum?

Ich weiß, dass die Flächenladunhsdichte allgemein im Kondensators gegeben ist durch σ = Eε₀ Was ist aber wenn der Kondensator zur Hälfte mit einem Dielektrikum gefüllt ist? Muss ich das Feld ohne Dielektrikum, mit Dielektrikum oder gar die Summe der Beiden Felder zur Berechnung hernehmen? (Die eigentliche Frage lautet übrigens: "Berechnen sie die Ladung, die pro cm² Plattenfläche gespeichert wird"

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E = q·U und E = F·s? Beides für Ladung über bestimmte Strecke im homogenen Feld?

Mit

E = F·s

berechnet man doch wie viel Arbeit verrichtet werden muss um mit Kraft F über Strecke s zu kommen.

Mit

E = q·U

wie viel Energie angewandt werden muss. Aber warum fehlt in der zweiten Formel die Strecke? Dann würde doch das gleiche rauskommen ob ich es 2 cm oder 4 cm bewegen würde, das kann ja nicht sein.

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Elektrodynamik (Physik) - Aufgaben

Hallo, ich studiere Physik zur zeit im 2. Semester und bin mit den Übungsaufgaben ein wenig überfordert. Ich hoffe, ihr könnt mir helfen. Thema der Aufgaben ist die Elektrostatik (also noch kein el. Strom).

A1

An den Punkten (a,0,0) und (-a,0,0) befinde sich jeweils eine Punktladung mit Ladung Q. berechnen Sie, an welchen Punkten der y-z-Ebene die betragsmäßig größte Kraft auf eine Probeladung (Ladung q) wirkt.

A2

Berechnen Sie mit Hilfe des Satzes von Gauß das elektrische Feld, das zwei parallele unendlich ausgedehnte und infinitesimal dünne, mit Flächenladungsdichte sigma bzw. -sigma belegte Ebenen erzeugen. Der Abstand der Ebenen sei d.

A3

a)

Berechnen Sie die Bindungsenergie eines elektrischen Dipols, d.h. einer Ladungskonfiguration, bei der eine positive Ladung Q und eine negative Ladung -Q im Abstand d voneinander positioniert sind.

b)

ein Quadrupol besteht aus zwei Dipolen, deren Abstand ebenfalls d beträgt. Bestimmen Sie die gesamte Bindungsenergie dieser Ladungskonfiguration.

c)

Skizzieren Sie die feldlinien und Äquipotentialflächen von Dipol und Quadrupol qualitativ.

Hier was ich bisher tun konnte:

zu A1:

Habe mir überlegt, die Ladung q sei an einem Punkt (0,y,z) (weil in y-z-Ebene. Der Abstand zu den ladungen Q ist dann ja (a,y,z) bzw (-a,y,z). Die Kraft auf die Ladungen ist F= (q*Q) / (4 * pi * epsolin0 * Abstand²) * Einheitsvektor der Verbindungslinie. Nun muss ich beide Kräfte vektoriell addieren und Betrag ausrechnen. Nun hab ich quasi ne Funktion, die von 2 variablen abhängt (y und z). Wie kann ich davon das maximum berechnen? bei einer variable ists ja die Ableitung, die 0 sein muss und die zweite Ableitung, die <0 sein muss. Wie ist das bei zwei Variablen? Hat das was mit Gradient zu tun?

zu A2:

Es gilt: divE = Roh/epsilon0, mit E: Elektrisches Feld, Roh: Raumladungsdichte (hab ich so im Lehrbuch gefunden).

Der Satz von Gauß lautet: integral(divE dV) = integral(E dA)

eingesetzt wäre das die Gleichung:

integral(Roh*dV/epsilon0) = E * A

<=> Roh * V / epsilon0 = E * A

Mit dem wissen, dass Roh * V = Q und Q = sigma * A ist, folgt:

sigma * A / epsilon0 = E * A

<=> E = sigma / epsilon0

Das Ergebnis stimmt, aber der Lösungsweg erscheint mir zu einfach. Vermutlich darf ich die erste Gleichung (divE = Roh / epsilon0) garnicht benutzen, aber ich wüsste nicht, wie ich es ohne sie rechnen sollte.

zu A3:

Was ist überhaupt die Bindungsenergie? ist das die potentielle Energie der Ladungen?

Habe mir folgendes gedacht:

Ich setze eine der Ladungen in den ursprung, sie hat das el. Feld E = q / (4 * pi * epsilon0 *d²) * einheitsvektor d

Jetzt kann ich die Spannung zwischen beiden ladungen ausrechnen:

U = integral(von 0 bis d)(E dr) = E * d = q / (4 * pi * epsilon0 * d)

Die Energie ist dann W = q * U = q² / (4 * pi * epsilonn0 * d)

Habe das Gefühl, das ist falsch :/

Zum Quadrupol:

Muss ich einfach 4 mal Dipol-Bindungsenergie addieren?

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potentielle Energie des Probekörpers bei der beschriebenen Bewegung?

Eine negative Ladung (q1 = −1,0⋅10^-9 As) wird in ein homogenes E-Feld der Stärke E = 2,0 x 102 N/(As) einer positiv geladenen Platte gebracht .In diesem E-Feld bewegt sie sich vom Punkt P1 (r1 = 4,0 cm) zu P2 (r2 = 7,0 cm).

a) Berechnen Sie den Betrag der Feldkraft, und geben Sie deren Richtung an.

b) Untersuchen Sie, wie sich die potentielle Energie des Probekörpers bei der beschriebenen Bewegung hinsichtlich Betrag und Vorzeichen verändert.

c) Welche Potentialdifferenz durchläuft der Probekörper bei diesem Vorgang?

Jeder kleinste ansatz wäre eine sehr grosse hilfe
Bin derzeit in der klausuren vorbereitung und komme bei einigen aufgaben nicht weiter

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