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Wie erklärt man die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung bei einer Spule im Wechselstromkreis richtig?

Hallo, wir behandeln aktuell in Physik das Verhalten einer Spule im Wechselstromkreis.

Festgestellt haben wir bisher, dass es eine Verzögerung von Strom und Spannung in einer Spule von pi/2 gibt. Aber irgendwie gibt es jetzt 2 Erklärungen, die aber aus meiner Wahrnehmung, 2 unterschiedliche Annahmen machen:

Die 1. Erkärung beschreibt das ganze quantitativ. Die Spannung über einer Induktionsspule ergibt sich zu : U = L* dI/dt . Umgeformt erhält man dann das die maximale Induktionsspannung u(max) = i(max) * w* L ist.

Im Grunde will mir die Formel vermitteln, dass hier der Strom kausal für die Spannung über der Spule verantwortlich ist, was in meinen Augen auch mehr Sinn macht. Ist der Strom durch eine Sinusfunktion beschrieben, dann ändert sich das magnetische Feld dann am stärksten und damit der magnetische Fluss durch die Spule, wenn auch die Änderung der Stromstärke maximal ist. Also muss die Induktionsspannung U die Ableitung dieser sinusförmigen Stromfunktion sein, was der cos ist und damit auch die Phasenverschiebung von pi/2 nach links erklärt. Strom ist hier also kausal für die Spannung.

Was mir hier allerdings nicht gefällt ist, dass die Spannung dem Stromfluss teilweise auch entgegenwirkt (Lenzsche Regel), was wiederum den Strom selbst drosseln müsste.

Die zweite Erklärung ist von rein qualitativer Natur und sieht die Induktionsspannung kausal für den Strom durch die Spule, viele sagen ja auch "der Strom läuft der Spannung voraus". Es läge ja daran, dass eine Spule grundsätzlich träge sein und erst später Strom fließen kann, wenn Spannung da ist. Aber wie will man das anschaulich erklären? Auch kann man doch nicht auf den Strom verzichten, denn es ist ja der Strom, der durch das sich aufbauende Magnetfeld gedrosselt wird und damit den Strom sozusagen verzögert.

Ich hoffe man, versteht, wo mein Problem liegt. Es geht so ein bisschen um die Kausalität, ist es der Strom der in der Spule die ganze Spannung bewirkt, oder die Spannung, die einen verzögerten Strom entstehen lässt?

Danke im Voraus!

Physik, Spule, Wechselstrom

Fehler in Schaltkreis?

Hallo Community,

ich baue mit Freunden für ein Schulprojekt eine art Coilgun.

wir haben dafür Spulen gewickelt und planten diese nacheinander mit einem arduino über Transistoren anzusteuern. Die Spannung sollte uns ein Labornetzteil liefern.

Nun gibt es das Problem, dass es nicht funktioniert wobei die Physik scheinbar nicht mehr funktioniert (Spaß… Fehler ist nur mega komisch).

Zur Vereinfachung

haben wir für die Fehlersuche nur eine Spule verwendet… Ich liste unten auf was die ergebnisse der Fehlersuche sind.

-Nur die Spule am Netzteil : Bei 3V fließen laut Netzteil 3A (???) und es wird ein relativ starkes Magnetfeld erzeugt.

-zwischen den Kabeln an denen das Arduino „Brett“ fließen nach dem anschließen 3V und wenn eine LED an den Transistor angeschlossen wird leuchtet diese

-wenn jetzt aber die Spule über das Brett mit dem Transistor verbunden wird, geht es nicht mehr :( laut Netzteil fließen dann nur 0,003A und es wird kein Magnetfeld erzeugt

-am Übergang zwischen Kabel und Spule liegt es nicht.

Fragen: Woran liegt es dass die Spule nicht funktioniert? Warum können an der Spule 3A (also Widerstand nur 1 Ohm???) fließen obwohl ein Multimeter für die Spule 150kO misst?

habe ein bild angehängt… evtl. vereinfacht es meine Erklärungen.

Text ist lang und evtl. kompliziert aber ich hoffe es kann mir trotzdem jemand helfen…

LG

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Magnet, Elektrik, Spannung, Physik, Schaltung, Spule, Widerstand

Liegt in diesem Fall (siehe Beschreibung) Konformations-Isomerie oder Konfigurations-Isomerie vor?

Wenn an einem Kohlenstoffatom die Anordnung der Atome so ist, dass durch Drehung um Einfachbindung des Kohlenstoffatoms in ein anderes Molekül umgewandelt werden könnte, aber die Drehung nicht möglich ist, z.B. weil es sich um einen Ring handelt. Sind die beiden Moleküle dann trotzdem Konformations-Isomere? Oder Konfigurations-Isomere?

Denn die Umwandlung in das andere Molekül durch Drehung um eine Einfachbindung wird ja nur durch die Ring-Geometrie verhindert, aber die Anordnung der Atome am Kohlenstoff-Molekül würde eine Umwandlung ja grundsätzlich erlauben (das war ja die Voraussetzung).

Spricht man in einem solchen Fall trotzdem von Konfigurations-Isomerie?

Es gibt ja auch die Fälle, wo allein durch die Anordnung am Kohlenstoff-Atom das Molekül nicht ein ein anderes überführt werden kann, auch nicht überführt/umgewandelt werden könnte, wenn eine Drehung um Einfachbindung möglich wäre, weil einfach die Anordnung der Atome am Kohlenstoff-Atom eine andere ist. In einem solchen Fall liegt ja sicher immer Konfigurations-Isomerie vor.

Ich frag mich halt, ob es Konfigurationsisomerie ist, wenn die Anordnung am Kohlenstoffatom grundsätzlich passend für eine Umwandlung durch Drehung um Einfachbindung ist, aber diese Drehung halt einfach durch einen Ring oder so verhindert wird.

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Durch. Geschwindigkeit von Molekülen in Wasserstoffgas unerklärlich (Maxwell-Boltzmann-Verteilung)?

[Frage ist schon beantwortet, danke!]

Hallo,

in meinem Schulbuch steht, dass die Moleküle von Wasserstoffgas eine Geschwindigkeit von 1845 m/s bei 0 °C haben.

Das wollte ich online überprüfen und habe genau 1 PDF gefunden, in dem dieser Wert angegeben wurde.

Angeblich wurde dieser Wert mit der Formel c = sqrt(3*R*T/µ) berechnet, wobei

c die mittlere Geschwindigkeit in m/s, R die Gaskonstante, T die absolute Temperatur und µ die Masse eines Gramm-Moleküls ist.

Ein Gramm-Molekül ist nach meinem Verständnis dasselbe wie die molekulare Masse, die in g/mol angegeben wird.

Das bestätigt sich durch den Wikipedia-Artikel "Maxwell-Boltzmann-Verteilung", in dem sich dieselbe Formel findet, aber mit einem M anstatt einem µ.

Dennoch lässt sich der Wert 1845 m/s nicht durch die Formel berechnen:

Für R = 8,3; T = 273; M = 2 ist c = 58 m/s.

Mir ist auch klar, dass diese Formel das Quadratisches Mittel der Geschwindigkeit angibt (RMS speed) und nicht die durchschnittliche Geschwindigkeit,

aber dennoch sollte ich dem Wert 1845 m/s doch nahekommen.

Auf der Wikipedia-Seite findet sich ein Graph, auf dem Wasserstoffgas die häufigste Geschwindigkeit von etwa 1500 m/s besitzt, die der RMS Geschwindigkeit von 1845 m/s nahekommt.

Auf der Wikipedia-Seite ist ebenfalls die Formel der durch. Geschwindigkeit mit v = sqrt(8*R*T/(pi*M)) angegeben.

Rechne ich das mit denselben Werten wie vorher aus, komme ich auf 53 m/s. Ich scheine irgendetwas falsch zu machen, aber finde meinen Fehler nicht.

Schule, Chemie, Physik

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