Elektrisches Feld – die neusten Beiträge

Wie funktioniert INDUKTION?

Ich weiß eigentlich wie Induktion funktioniert. Es muss eine Änderung des magnetisches Flusses stattfinden. Diese findet entweder durch die Änderung des magnetischen Feldes oder durch eine Änderung der durchsetzten Fläche statt.

Meine Erklärung:

Bei der Änderung der magnetischen Feldstärke habe ich mir gedacht, dass dies ein elektrisches Feld induziert und dieses auf die Elektronen im Leiter wirkt. Dadurch entsteht der Strom

Bei der Änderung der Fläche dachte ich (und ChatGPT), dass sich dadurch ja durch die Bewegung der Elektronen ein magnetisches Feld induziert wird und dieses mit dem Magnetfeld wechselwirkt. Die Lorenzkraft wirkt und es findet eine Ladungstrennung (also eine Spannung) statt.

Problem ist für mich, dass wenn bspw. ein Draht vollständig im Magnetfeld ist und bewegt wird, dass keine Spannung induziert. Wenn man es damit erklärt, dass sich der magnetische Fluss nicht ändert, macht es Sinn. Laut meiner Erklärung (die ja anscheinend definitiv falsch ist) müsste es aber dann auch Spannung induziert werden.

Ich versuche jetzt aber zu verstehen, wie genau die Spannung zustande kommt. Mein Schulbuch sagt wie erwähnt nur, dass eine Änderung des magnetischen Flusses nötig ist.

Kann es mir jemand erklären und/ oder mir gute Quellen zum Lernen vorschlagen?

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Worin liegt der wesentliche Unterschied zwischen den magnetischen und den elektrischen Kräften?

Wenn ich im Internet recherchiere, bekomme ich oft zu lesen, dass der Unterschied darin liegt, dass die Anziehungskraft von Magneten auf die Pole gerichtet ist. Dahingegen weisen die Kräfte elektrischer Körper aus dem Zentrum heraus isotrop auf jeden Punkt ihrer äußersten Oberfläche. 

Die oft wiederkehrende Wiederholung zeigt mir, dass hier stur auswendig Gelerntes wiedergegeben wird, denn es findet immer dasselbe abstrakte Schema Anwendung, doch das Wesen dieses Unterschieds findet nur wenig Aufmerksamkeit, obwohl es in den Illustrationen klar in den Vordergrund rückt.  

So ähnlich und noch viel komplexer kannst du diverse Erklärungen finden, die dein Unwissen eher vertiefen als über den Unterschied aufzuklären. Abgesehen davon, dass manche Vorgänge auch noch völlig falsche Vorstellungen assoziieren, weil sie tatsächlich falsch dargestellt werden, was allein dem Showeffekt einer Animation geschuldet ist, aber keinesfalls einer wissenschaftlich plausiblen Erklärung nützt.   

So kann man alles zwar als Eselsbrücke gut verstehen, aber damit kann man nicht auf redundante Zusammenhänge schließen. Also: 

Hast du vielleicht eine einfachere, plausiblere Erklärung, worin der Unterschied zwischen den magnetischen Kräften und den elektrischen liegt? 

Denn z.B. die grafischen Erklärungen für eine elektromagnetische Welle nutzen diesen eklatanten Unterschied gerne für ihre Illustrationen – siehe z.B. Wikipedia und zwar auf ganz besonders irreführende Weise. 

Hier also nur die nicht animierte Darstellung:

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Magnetismus, Physik, elektrisches Feld, elektromagnetische Wellen, Magnetfeld

Was für eine Schaltung zeigt dieses Bild?

Hehe jepp, Kondensatoren und Spulen, also.

Unszwar geht's darum, daß wir in der Uni(wuni) einen Versuch gemacht haben, um Kondensatoren und Spulen im Wechselstromkreis zu untersuchen. Dabei sollen die Kapazitäten und Induktivitäten bestimmt und die Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung beobachtet werden. Wir hatten folgende Schaltpläne:

Jetzt hab ich die Parallelschaltung schon aufgebaut.

Mit der Unterschrift "Abb. 5 zeigt die Parallelschaltung der beiden Kondensatoren C1 und C2.". Wurde mir auch von meinem Tutörchen als richtig abgenommen. Bei der Reihenschaltung ist mir jedoch wohl ein kleiner Faux-Pas unterlaufen. Unszwar hab ich die Reihe so geschaltet:

Mit der Unterschrift "Abb 6. zeigt die Reihenschaltung der Kondensatoren C1 und C2". Daraufhin hat mein Tutor mit dickem Rotstift ins Protokoll geschrieben: "Nein! Die Abbildung zeigt keine Reihenschaltung!!!"

.
ich hab den Abschnitt dann also folgendermaßen verbeßert:
"Abb 6. zeigt die aneinander in einer Kombination aus Reihenschaltung (Amperemeter misst Gesamtstrom) und Parallelschaltung (Voltmeter parallel zum Widerstand).) geschalteten Kondensatoren C1 und C2."

Daraufhin hat mein Tutor erneut den Rotstift gezuckt und angemerkt:
"Schau dir das Bild nochmal an. Ich meine nicht die Messgeräte. Im Bild ist nur ein Kondensator verbaut"

Das Bild würde also in dem Kontext wenig Sinn ergeben, da es sich wohl anscheinend offensichtlich nicht um die Parallelschaltung zweier Kondensatoren handelt. Da wir jedoch aus unseren Protokollen nichts entfernen dürfen ("Das Entfernen korrekturbedürftiger Teile zählt nicht als Korrektur"), seh ich mich also gezwungen, das - verzeiht mir die Wortwahl - vermaledeite Bild drinne zu lassen.

Allerdings muß ich die Unterschrift unter der Abbildung noch ändern. Wenn die Schose wohl weder eine Reihenschaltung, noch eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung zeigt, was hab ich denn dann dort gezaubert?

Liebe Grüße,
Eure Arina-poppia-eknatteria

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[Physik] Plattenkondensator: Dielektrikum?

Guten Tag,

ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um das Thema perfekt zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen und ausführlichen Antworten.

Die Kapazität eines Kondensators würde sich noch weiter erhöhen, wenn man einen anderen Nichtleiter außer Vakuum zwischen den Platten platziert. Den Nichtleiter nennt man Dielektrikum.

Das habe ich verstanden.

(Als Dielektrikum wird eine elektrisch schwach- oder nichtleitende Substanz bezeichnet, in der die vorhandenen Ladungsträger nicht frei beweglich sind. Ein Dielektrikum kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. [Quelle: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Dielektrikum])

Wenn man ihn zwischen den Platten platzieren würde, würden sich die Elektronen im Dielektrikum so verteilen, dass sie zur positiven Kondensatorplatte zeigen und von der negativen Kondensatorplatte weg.

Das verstehe ich leider noch überhaupt nicht. Denn wie soll es denn innerhalb eines Elektrons auch eine positive Ladung geben? Wie kann es sein, dass sich hier die Elektronen zu kleinen Dipolen entwickeln? Ein Elektron hat doch die Elementarladung -e. Dann kann es doch kein Proton geben? Wie kann es überhaupt Protonen in einem elektrischen Leiter geben? Besteht Strom nicht immer nur aus Elektronen?

Das Dielektrikum leitet also nicht, verschiebt aber durch den Einfluss des elektrischen Feldes seine Ladung asymmetrisch. 

Das verstehe ich leider auch noch nicht. Was versteht man denn unter einer symmetrischen Verschiebung von Ladung und was versteht man unter einer asymmetrischen Verschiebung von Ladung?

Die Moleküle werden dann zu Dipolen mit der gleichen Wirkung wie die gegenüberliegende Platte, wodurch noch mehr Ladung auf dem Kondensator gespeichert werden kann.

Ich verstehe leider, wie bereits oben beschrieben, nicht, wie es bei Elektronen überhaupt zu Dipolen kommen kann. Ich kannte Dipole (Ein Dipol-Molekül ist insgesamt ein elektrisch neutrales Molekül, in dem jedoch Elektronen unsymmetrisch verteilt sind [Quelle: https://www.leifichemie.de/aufbau-der-materie/wechselwirkungen/grundwissen/dipol-molekuele#:~:text=Ein%2520Dipol%252DMolek%C3%BCl%2520ist%2520insgesamt,und%2520der%2520andere%2520negativ%2520ist.]) nur von Magneten und von Chemie.

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Ist es Zufall, dass unser Raum 3 Dimensionen hat und in der Elektrodynamik elektrische Felder, magnetische Felder und Bewegung im Prinzip senkrecht zueinander?

Habe dazu mal ChatGPT befragt, hier die Antwort:

Die Frage, ob die dreidimensionale Natur des Raums und die orthogonalen Beziehungen zwischen elektrischen Feldern, magnetischen Feldern und Bewegungen Zufall sind, berührt tiefere physikalische und mathematische Konzepte.
Dimension des Raums: Die dreidimensionale Struktur unseres Raums ist eine beobachtete Eigenschaft der Welt, wie wir sie kennen. Es gibt physikalische Theorien, die die Dimensionen des Raums zu erklären versuchen, und in der Regel wird angenommen, dass unsere physikalischen Gesetze in der drei-dimensionalen Struktur, in der wir leben, formuliert sind. In der Stringtheorie beispielsweise wird angenommen, dass es zusätzliche, komprimierte Dimensionen gibt, die für uns nicht direkt zugänglich sind.
Elektrodynamik: In der klassischen Elektrodynamik von Maxwell sind die elektrischen und magnetischen Felder Vektoren, die in einem dreidimensionalen Raum definiert sind. Die Beziehung zwischen diesen Feldern und der Bewegung von Ladungen führt zu den bekannten Maxwell-Gleichungen. Es ist bemerkenswert, dass die Lorentz-Transformation, die die relativistische Beziehung zwischen Raum und Zeit beschreibt, auch die Tatsache berücksichtigt, dass die Felder und die Bewegungen zueinander orthogonal sind.
Interdependenz: Die orthogonalen Beziehungen zwischen elektrischen Feldern (E), magnetischen Feldern (B) und der Geschwindigkeit (v) sind aus der Struktur der Maxwell-Gleichungen heraus verständlich. Diese Beziehungen sind nicht willkürlich, sondern resultieren aus den symmetrischen Eigenschaften der Raum-Zeit und der Natur, wie elektrische und magnetische Felder interagieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Dimensionen des Raums und die orthogonalen Beziehungen in der Elektrodynamik nicht einfach Zufall sind, sondern tiefere physikalische Gesetze widerspiegeln. Es bleibt jedoch eine offene Frage, warum sich die Natur auf diese Weise manifestiert und ob es grundlegende theoretische Prinzipien gibt, die für die dreidimensionale Realität und die beobachteten Zusammenhänge verantwortlich sind.

Kann man also vielleicht annehmen, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit daher kommt, dass sich unser Leben, unsere Wahrnehmungen letztlich komplett auf Elektrodynamik-Ebene abspielt? Elektromagnetische Wellen aller Art eh, Berührungen aber auch, es berühren sich doch "nur" Elektronenschalen.

Gravitation spüren wir auch nur per Effekte auf genannter Weise, selbst Denken basiert darauf.

Wir nehmen so gesehen nur bestimmte Eigenschaften von Dingen, nie die Dinge selbst.

Wie seht ihr das?

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[Physik] Geschwindigkeitsfilter bei Ionenstrahlen?

Guten Tag,

ich benötige bei der Aufgabe noch etwas Hilfe, um sie verstehen zu können. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten.

[Hinweis des Lehrers zur Aufgabe:]

Ar^(+) Ionen haben die Ladung 2, Ar^(2+) Ionen die Ladung 2e. Verwenden Sie für die Masse der Argon-Ionen den Wert 39,948 * 10^(-27) kg.
  • Was sind überhaupt Argon Ionen?
  • Wieso ist die Ladung von Ar^(+) Ionen = 2 und nicht e, denn die Ladung von Ar^(2+) Ionen ist ja 2e.

[Hier meine bereits bestehenden Fragen:]

  1. Wie genau würdet ihr eine mögliche Antwort auf die Aufgabe 2.1 „Erklären Sie die Funktionsweise des Geschwindigkeitsfilters.“ formulieren? Mein Vorschlag: In einem Geschwindigkeitsfilter können mithilfe eines elektrischen und eines magnetischen Feldes Elektronen einer bestimmten Geschwindigkeit aus einem Strom von geladenen Teilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gewonnen werden.
  2. Aber woran erkenne ich überhaupt, dass es sich hier um Elektronen handelt? Es handelt sich ja um Argon Ionen und das verwirrt mich.
  3. Ich benötige noch viel Hilfe bei dieser ganzen Aufgabe 2 (2.1 und 2.2) 🤯

[Damit ihr mir leichter bei der Aufgabe helfen könnt, schreibe ich euch hier die Aufgaben 2.1 und 2.2 als Text hin, damit ihr den Text als Zitat in eurer Antwort verwenden könnt.]

2.1

Erklären Sie die Funktionsweise des Geschwindigkeitsfilters.

Weisen Sie nach, dass die Ladung und die Masse der Ionen keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit der gefilterten Ionen des Strahls haben.

2.2

Nach Verlassen des Filters bewegt sich der Strahl aus Ar^(+) -Ionen und Ar^(2+) -Ionen durch eine Blende in einem Magnetfeld B2 mit der gleichen Flussdichte B2 = B1 weiter und wird auf einen Detektor abgelenkt, der die Strahlen an zwei Stellen P1 und P2 registriert.

Geben Sie an, welche der Argon-Ionen im Punkt P1 bzw. im Punkt P2 auftreffen.

Begründen Sie Ihre Antwort.

Berechnen Sie die erforderliche Spannung am Kondensator des Geschwindigkeitsfilters, wenn der Auftreffort der Ar^(+) -Ionen von der Blende den Abstand a = 20 mm haben soll.

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[Physik] Richtung des elektrischen Feldes im Kondensator?

Guten Tag,

ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um die Aufgabe unten vollständig zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten zu meinen Fragen.

  • Die Aufgaben a) und b) habe ich verstanden und bereits gelöst.
  • Die Aufgabe c) ist für mich nicht relevant.
  • Die Aufgabe d) verstehe ich leider noch nicht so gut.
  • Da das Magnetfeld in die Zeichenebene zeigt (Drei-Finger-Regel der linken Hand), werden die Elektronen innerhalb des Kondensators nach unten abgelenkt. Das bedeutet, dass die Lorentzkraft innerhalb des Kondensators nach unten zeigt. Somit muss die Coulombkraft (elektrische Kraft) innerhalb des Kondensators nach oben zeigen. Dies wird erreicht, wenn die untere Platte negativ geladen ist und die obere Platte positiv.
  • Nun bin ich mir aber unsicher, was die Richtung des elektrischen Felds im Kondensator ist, wenn die untere Platte negativ geladen ist und die obere Platte positiv geladen ist.
  • Wie man U (Plattenspannung) berechnet, verstehe ich. Denn die Kondendatorspannung/Plattenspannung ist ja so eingestellt, dass sich die Elektronen im Kondensator unabgelenkt entlang der x-Achse bewegen. Somit muss Fl (Lorentzkraft) = Fc (Coulombkraft) sein.
  • Die Aufgabe e) ist für mich nicht relevant.
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[Physik] Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld?

Guten Tag,

ich habe noch ein paar Fragen zum Thema „Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld“ und freue mich sehr auf eure ausführlichen und leicht verständlichen Antworten.

  1. a): Was versteht man überhaupt unter der Coulombkraft? Hierfür würde ich mit gerne eine leicht verständliche Definition aufschrieben.
  2. a): Die Coulombkraft berechnet man ja mit Fc = q * E. In diesem Fall ist die Ladung q ja ein Elektron. Also folgt darauf Fc = e * E. Aber nun mein großes Problem: Wieso wurde hier bei a) für das „e“ 1,6 * 10^(-15) C geschrieben? Woher kommt die Einheit Coulomb für das „e“?
  3. a): Und wieso kann ich für das „e“ nicht im Taschenrechner unter „constants“ „me (ElectrnMass)“ nehmen? Wieso ist me (ElectrnMass) = 9,11 * 10^(-31) und somit ungleich 1,6 * 10^(-15)? Ich dachte, dass das e die Masse des Elektrons ist. Ich würde mich über eine ganz genaue Erklärung hinsichtlich dem Unterschied zwischen „e“ und „me“ sehr freuen.
  4. a): Wäre im Schaubild hier nicht ein Elektron, sondern ein Proton, abgebildet, was würde man dann zur Berechnung der Coulombkraft schreiben? Fc = q * E = … Wozu würde nun das q werden, wenn beim Schaubild ein Proton abgebildet wäre?
  5. b): Wieso berechnet man die Beschleunigung a des Elektrons mit a = Fc/me? Wie kommt man darauf? Beim Thema „Bewegungen und Kräfte“ hat man die Beschleunigung a mit a = (Differenz v) / (Differenz t) berechnet. Aber wie kommt man hier nun auf a = Fc / me? Über eine genaue Erklärung würde ich mich sehr freuen.
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