Influenz Energie?

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Die Energie muss durch den Stab aufgebracht werden, diese kann positiv oder negativ sein. Nähert man z.B. eine Ladung einer metallischen Platte, dann erfährt die Ladung eine anziehende Kraft. Wenn man die Ladung ietzt wieder weiter entfernen möchte, muss man daher Kraft in der Bewegungsrichtung aufwenden und somit Energie aufwenden. Beim Annähern wirkt die Kraft entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung, und es wird mechanische Energie frei.

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Wenn man Energie reinstecken muss um den Stab oder was auch immer aufzuladen und man den Stab dann anderen Ladungen nähert werden sie ja verschoben dh bekommen potentielle Energie. Wird dann die Energie des Stabes geringer?

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@Lukas2812

Die zusätzliche potenzielle Energie wird durch die auf die Ladung am Stab wirkene Kraft entlang des Weges aufgebracht. Wenn du den Stab dort hin- oder herführst, dann wirst du die Anziehung oder durch Muskelkraft abbremsen/überwinden müssen.

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Und wenn die Ladung schon das ist und man den Stab erst gar nicht bewegen muss?

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Vakuum da ist irgendwo eine Ladung. Um die ladung herum stellst du zwei Kondensatorplatten und dann lädst du sie

Dh die Ladung befindet sich von Anfang an f irgend einem Potential eben da wo sie im Feld ist

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@Lukas2812

Dann musst du (je nachdem ob die vorhandene Ladung positiv oder negativ ist) schon von Anfang an mehr/weniger Ladung in die Platten pumpen um die gewünschte Spannungsdifferenz zu bekommen. Diese zusätzliche Ladung entspricht einer zusätzlichen Energie, die beim Ladevorgang durch die Quelle bereitgestellt werden muss. Ist klar - denn Energie kann ja nicht verloren gehen.

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Oder analog halt mit einem Stab

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—Diese zusätzliche Ladung entspricht einer zusätzlichen Energie, die beim Ladevorgang durch die Quelle bereitgestellt werden muss.

Was genau meinst du damit ? Bin mir nicht ganz sicher ob ich das richtig verstanden habe

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Also ich meine zb wir haben eine Kugel und laden die auf. Direkt neben der Kugel befinde sich schon eine Ladung.

Wenn ich nun die Kugel negativ aufladen will mit zb 2 coulomb. Brauche ich dann dafür mehr Energie als wenn die anderen kleine Ladung nicht da wäre?

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@Lukas2812

ja, hängt aber davon ab, ob sich die vorhandene Ladung nachher mehr bei den positiven oder negativen Ladungen der Platte befindet.

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@michiwien22

oder, in einem Fall einer Kugel, ob die vorhandene Ladung gleich- oder ungleichnamig zur Kugelladung ist.

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Ok eine Sache noch :

Wenn wir nochmal den Kondensator betrachten und wir haben eine Ladung im Feld. Und dafür haben wir ja Energie aufgewandt die Ladung dort hinzubringen. Jetzt wird die Ladung im e Feld des Kondensators beschleunigt. Was passiert aber wenn sie die andere platte erreicht und in sie eindringt? Dann wird die in diesem Fall positive Platte (bei beschleunigen einer negativen Ladung) ja um eine negative Ladung reicher, dh es sind nicht mehr so viele Ladungen getrennt wie vorher.
Sinkt dann die Spannung zwischen den Platten ?

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Dann hat das Feld also doch Energie aufgewandt um die ladung zu bewegen richtig ? Also verliert der Kondensator immer Energie wenn er andere Ladungen beschleunigt? Das erdgravitaatonsfeld wird ja auch nicht schwächer nur weil ein Stein auf den Boden fällt

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Ok vielen Dank auf jeden Fall jetzt schon für die Bemühung

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Hast du noch eine Idee ?

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@Lukas2812

Nimm mal eine Anordnung an, die man leicht berechnen kann:

Zwei unendlich ausgedehnte und gegensinnig geladene Platten 1, 2 im Abstand D mit Flächenladung Q. Darin befindet sich im Abstand L von der positiven Platte 1 eine zusätzliche Platte 3, die in Summe eine Flächenadung q trägt.

Man berechnet dann leicht das Feld zwischen 1 und 3:

D1 = Q-q/2

und zwischen 3 und 2

D2 = Q+q/2

Dann ist die gesamte Feldenergie pro Einheitsfläche in Abhängigkeit von L

Wges = 1/2 ⋅ (Q-q/2)² ⋅ L+1/2 ⋅ (Q+q/2)² ⋅ (D-L)

Wenn man L vergrößert, nimmt diese Energie ab, wenn q positiv ist und zu, wenn q negativ ist, was auch intuitiv klar ist.

Du wolltest aber wissen, wieso sich die Energie ändert, wenn man eine Ladung im Feld zwischen zwei Platten "fallen" lässt. Die frei werdende mechanische Energie kommt aus dem elektrischen Feld, dessen Energie in Summe kleiner wird.

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Ja ok also Bsp: ich habe einen Abgeklemmten Kondensator mit U=10V und Q=2C. Daraus folgt E=1/2CU^2=10J

Nun bringe ich von außerhalb eine Ladung ins Feld kurz vor die erste Platte. Dann lasse ich sie fallen und fange sie kurz vor der zweiten Platte wieder ab. das sie also nicht in die Platte eindringen kann. Nun hat die Ladung aber kinetische Energie und da die Platten abgeklemmt sind kann sich weder U noch Q ändern. Also bleibt auch E konstant. Aber dann ist das Feld doch nicht schwächer geworden wie du meintest

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@Lukas2812

der Reihenfolge nach:

  1. Der Kondensator ist aufgeladen und hat eien Spannung U0, Die andere Ladung ist noch weit entfernt.
  2. Du bringst diese (positive) Ladung in die Nähe der positiven Platte. Als Konsquenz wird sich die Feldverteilung und somit auch die Spannung am Kondensator ändern.
  3. Die Ladung wandert nach unten zur negativen Platte. Dadurch ändert sich wiederum die Feldverteilung und die Spannung am Kondensator wird kleiner.

Wenn es sich um eine kleine Ladung handelt werden diese Änderungen natürlich nicht besonders groß ausfallen, aber energetisch kommt die gewonnene Energie natürlich aus dem Feld.

Schau mal anhand meines obigen Beispiels was passiert:

Angenommen Q=1, D=1, q=0

  1. U0 = 1V (ich habe epsilon=1 gesetzt)
  2. q0=0,1 im Abstand 0,05 von der positiven Platte: U=1,045V
  3. q0=0,1 im Abstand 0,95 von der positiven Platte: U=0,955

Deine Annahme, dass sich U zwischen den Platten nicht ändert ist einafchnicht richtig, Ich glaube das ist dein Verständnisproblem.

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Aber sagtest du nicht auch man muss Energie aufwenden um die ladung erstmal dahin zu bringen? Ich hätte jetzt folgendes gedacht: dadurch dass ich die Ladung in das Feld bringe muss ich Energie aufwenden dadurch steigt die Spannung. Sobald die Ladung das Feld durchlässige sinkt die Spannung wieder auf Uo. Mit welche Formeln hast du bei deiner Rechnung gerechnet weil bin mir nicht ganz sicher wie du vorgegangen bist

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@Lukas2812

Ja, genau so ist es, um die Ladung hinzukriegen, musst du Kraft aufwenden, wodurch die Spannung steigt. Letztlich ist diese aber egal, die höhere Energie der Gesamtanordnung zählt.

Für Flächenladungen kann man den Gahuss' schen Satz benutzen. Für Punktladungen kann das schwierig werden.

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Das hatte zb ein anderer antwortet geschrieben deswegen bin ich mir nicht sicher da du sagtest die feldenergie sinkt. Unser gravitationsfeld sinkt ja auch nicht

!!! Kraft ist nicht Energie !!!
Zum Beschleunigen reicht eine Kraft, es braucht keine Energie von irgendwelchen Feldern! Nur die potentielle Energie des beschleunigten Körpers, die braucht es und die sinkt.
Überleg dir immer die Analogie zum Gravitationsfeld:
Nimmt die Gravitationskraft ab, nur weil die Leute die Rutschbahn runterrutschen oder der Regen fällt?

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@Lukas2812

Sicher ändert sich das Gravitattionspotenzial geringfügig. Eben um den winzigen Betrag, der der Energie entspricht. Was ist daran so seltsam? Mathematisch uneterscheiden sich (klassische) Gravitationsfelder ja nicht von elektrostatischen Felder, und es gibt eine Energiedichte, die proportional zum Feldquadrat ist.

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Ja aber du sagtest ja am Ende ist die Spannung des Kondensators sogar kleiner aber das verletzt doch den EES weil ich habe der Ladung potentielle Energie gegeben und die wird nun frei dann kann das Feld doch nicht schwächer sein als vorher

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@Lukas2812

kleiner als was? Was vergleichst du da?

Am Ende wenn die Ladung in der Nähe der unteren Platte ist, ist die Energie natürlich kleiner als am Anfang, wo die Ladung weit entfernt war. Das spiegelt sich u.A in der Spannung wieder.

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Daraus würde ja folgen dass g im gravitationsfeld abnimmt wenn ich einen Stein hochhebe und dann fallen lassen

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—> kleiner als was? Was vergleichst du da?

Ich meinte dass die Spannung zwischen den Platten bspw 1 Volt beträgt. Nun bringe ich meine Probeladung ins Feld. Dadurch steigt die Spannung auf bspw 1,1 Volt. Wenn die Ladung nun im Feld beschleunigt wird dann wird eben diese potentielle Energie die ich ihr gegeben habe wieder frei also sinkt die Spannung wieder um 0,1 Volt auf 1 Volt.

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@Lukas2812

Du vergisst scheinbar , dass du die Ladung aber von weit her an die obere Platte gebracht hast. Am Ende sitzt sie aber eben nicht in einer großen Entfernung, sondern in der Nähe der anderen Platte. Klar dass da ein Unterschied sein muss - der Endzustand ist ja nicht gleich wie der Ausgangszustand. Hättest du die Ladung gleich zur unteren Platte gebracht, wäre die Spannung ebenfalls 0,955 V gewesen.

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Ich verstehe deinen Gedankengang aber das suggeriert ja das E kleiner wird also die feldstärke und wenn ich auf der Erde einen Stein anhebe und fallen lasse wird ja g nicht kleiner dadurch

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@Lukas2812

Sicher wird es (unmerkbar) kleiner: wenn du eine Masse sehr weit von der Erde entfernst (=hebst) , hat die restliche Erde weniger Masse und somit kleineres g. Genauso gilt das, wenn man nur ein Stück weit hebt.

Bei nur kleinen Anhebungen und Massen ist das aber nicht so einfach zu berechnen, denn wir haben ja kein radialsymmetrisches Problem; deswegen habe ich dir das einfache Modell mit den Flächenladungen gezeigt, da man dort alles einfach berechnen kann. Der Feldverlauf wird duch Änderung der Position einer Masse jedenfalls (minimal) verändert. Und aus der dabei entstehenden (minmalen) Änderung der Feldenergie, bekommt man die freiwerdende Arbeit.

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Aber was macht es nun für einen unterschied ob die Ladung in die zweite Kondensatorplatte eindringt oder man sie kurz davor abbremst und aus dem Feld entfernt ?

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Ich dachte halt so: man bringt ein elektron von weit her ins Feld. Kurz vor die negative Platte. Dann wird es beschleunigt Richtung positiver Platte. Wenn jetzt das elektron die positive Platte erreicht ist diese Platte um eine negative Ladung größer daraus folgt Q kleiner und U auch. Wenn man das elektron aber kurz vor der Platte abfängt so hat es ja trotzdem eine kinetische aber es dringt nicht in die Platte ein daher U konstant und Q konstant. Wie wirkt sich das auf die feldemergie aus?

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@Lukas2812

so einfach ist das leider nicht. Erstens, die Spannung ändert sich ja nicht erst, wenn die Ladung auf die Platte aufschlägt, sondern schon am Weg dorthin ;-)

Zweitens kann jegliche kinetische Energie der Ladung NUR aus dem Feld kommen. Eine andere Möglichkeit gibt es nicht. Das Vorhandensein der Ladung im Zwischenraum hat ja einen Einfluss auf die Ladungsverteilung auf den Platten!

Du kannst natürlich nichts dafür, aber diese Dinge sind nicht so ganz trivial, schon gar nicht, wenn man es rechnen möchte.

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Influenz ist die räumliche Verschiebung elektrischer Ladungen durch das Einwirken eines elektrischen Feldes.

Das heißt für die Kraft, die auf die elektrischen Ladungen wirkt, gilt:



Die Energie im elektrischen Feld ist über das Integral der Arbeit definiert:



Wobei



ist.

Es folgt folgende Gleichung für die Energie im elektrischen Feld:



Woher ich das weiß:
Studium / Ausbildung

Die Energie kommt genau daher: "Wird ein Stab aufgeladen"...

Um den Stab aufzuladen, musst du erstmal Energie investieren oder du musst eine gewisse Arbeit verrichten.

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Man nehme ein plattenkondenstaor mit einem homogenen elektrischen Feld. Nun setzt man eine Ladung q in das Feld. Diese wird durch das e Feld beschleunigt und erhält eine kinetische Energie. Wenn man nun die Ladung kurz vor erreichen der anderen Platte anfängt könnte man ja Ihr Energie „auch abfangen“ in Form von Wärme etc. wenn man diesen Vorgang mit vielen vielen Ladungen wiederholt hätte man doch unendlich viel Energie oder nicht?

Wie könnte man das auf dieses Beispiel anwenden?

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@Lukas2812

"Umsonst" Energie zu gewinnen, ist prinzipiell unmöglich und auch ein auf Elektrizität basierendes Perpetuum Mobile kann nicht funktioieren. Wo der Haken bei deiner zunächst mal interessant klingenden Idee liegt, ist mir im Moment aber zu kompliziert, um es konkret auszufummeln.

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@Lukas2812

und wie willst du die Laungen ohne Aufwendung von Energie an die Stelle bringen, von wo aus sie beschleunigt werden?

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Man baut das Feld um die Ladung herum

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@Lukas2812

Siehe obigen Kommentar.

Du kannst es drehen und wenden wie du willst - du kommst nichat aus ;-)

Ansonsten müsste man die Gesetze der Physik neu schreiben.

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