Aufgaben zum Thema elektrisches Feld und Kondensator - Brauche dabei E

    Hallo liebe Physik-Cracks :)


    Unser Physik Lehrer hat uns jetzt wieder einmal eine richtig schöne Hausaufgabe reingedrückt, die wir in den nächsten tagen lösen müssen.
    Die Hausaufgabe besteht aus 3 Hauptfragen und das problem ist, dass wir das nötige wissen dazu im unterricht so gut wie gar nicht bekommen haben.
    ich bin schon fleißig dabei, in sämtlichen büchern zu suchen, ob ich dazu was finde, aber so richtig vielversprechend sieht das nicht aus und ich hoffe mal ganz stark auf diejenigen unter euch, die die aufgaben bestimmt im schlaf lösen ;)


    also hier sind mal die aufgaben -->


    a) Ein Kondensator besteht aus einem Paar quadratischer Platten mit der Seitenlänge a= 25 cm und dem Plattenabstand d1= 3,0 mm. Es wird eine Spannung U1= 200 V angelegt.


    - Berechnen Sie die Kapazität C1 des luftgefüllten Kondensators, seine Ladung Q1 und die gespeicherte Energie W1.


    Die Spannungsquelle wird nun abgetrennt. Danach wird der Raum zwischen den Platten vollständig mit einem Dielektrikum ausgefüllt. Dabei sinkt die Spannung am Kondensator auf U1*= 40 V.


    - Bestimmen Sie die Dielektrizitätszahl εr des Mediums zwischen den Platten und die nun gespeicherte Energie W1*.


    b) Bei einem anderen luftgefüllten Plattenkondensator sind die Platten mit dem Abstand d2= 2,5 mm horizontal angeordnet. Durch Anlegen einer Spannung U2 wird ein homogenes elektrisches Feld erzeugt. In das Feld zwischen den Platten wird ein geladenes Öltröpfchen der Masse m= 7,8 * 10 (hoch -15) kg eingebracht. Für U2= 239 V schwebt das Tröpfchen zwischen den Platten.


    - Geben Sie in einer Skizze die Kräfte an, die auf das Tröpfchen wirken, wobei vom Auftrieb abzusehen ist.
    - Berechnen Sie die Ladung, die das Tröpfchen trägt.
    - Um wie viele Elementarladungen handelt es sich?
    - Würden sich die Kräfte auf das Tröpfchen ändern, wenn man die Spannungsquelle abtrennen und anschließend den Plattenabstand verdoppeln würde? Die Antwort ist zu begründen.


    c) Ein dünnes Aluminiumplättchen mit der Masse m= 0,10 g hängt bifilar an einem l= 2,00 m langen Faden. Es trägt die Ladung q= 3,0 * 10 (hoch -9) C und befindet sich zwischen den vertikal angeordneten Platten eines Kondensators K mit dem Plattenabstand d1= 10 cm. Beim Anlegen der Spannung U1 an die Kondensatorplatten wird das Plättchen um s= 4,0 cm (s << 1) in horizontaler Richtung ausgelenkt (siehe Abbildung ).
    Berechnen Sie den Betrag der Kraft, die in horizontaler Richtung auf das Plättchen wirkt.
    Bestimmen Sie den Betrag der elektrischen Feldstärke E1 und die Spannung U1.



    Ich wäre euch für jede Hilfe wirklich SEHR dankbar! .-)


    Rayne


    Hier nochmal der link zu der abbildung: http://www.sky-divezone.de/Other/physik.jpg

    also zu a) findest du alle Formeln im Tafelwerk/Formelsammlung:


    Kapazität Plattenkondensator: C = ε0*εr*A/d
    Für εr setzt du die Dielektrizitätszahl für Luft ein.
    Mit C und U kannst du dann auch Q (C=Q/U) und W=1/2*C*U[UP]2[/UP] bestimmen.


    Spannung abklemmen, und Dielektrikum einfüllen --> Ladung Q bleibt gleich, Spannung ändert sich --> C berechnen --> εr und W berechnen (Formeln sind die gleichen wie oben)


    b) Stichwort Milikan-Versuch


    hier mal ein Link zur Wikipedia zum Selberlesen. ;)
    http://de.wikipedia.org/wiki/Millikan-Versuch
    (hier mal ein alternativer Link, falls der oben nicht geht: Millikan
    Wenn du nach dem Versuch mal im Internet suchst, findest du noch mehr Infos. Lies dir das erstmal durch, und versuche es selber. Wenn du Fragen oder Probleme dazu hast, kannst du die hier natürlich gerne stellen.


    c)
    Als erstes kannst du die elektrische Ladung des Kondensators berechnen.
    Die Kraft erhälst du dann über das Coulombsche Gesetz, also
    F = 1/(4*π*ε0*εr) * Q1*Q2/r[UP]2[/UP]

    So, ich habe heute mal ein wenig Zeit gefunden, um mit der berechnung der aufgaben zu beginnen.
    ich habe aufgabe a komplett fertig und bei aufgabe b alles, bis auf die begründungsaufgabe. da bräuchte ich noch ein wenig hilfe.
    und bei aufgabe c habe ich nicht einmal ne idee, wie ich ansetzen könnte :(
    ich schreibe jetzt mal nacheinander auf, was ich bereits raushabe und ihr könnt mir ja dann mal sagen, ob das so stimmt :)


    a)


    geg.:


    a=25cm=0,25m
    d1=3,0mm=0,003m
    U1=200V
    εr=1


    ges.:


    C1
    Q1
    W1


    Lösung:


    A=a²
    A=0,0625m²


    C1= ε0 * εr * A/s
    C1=1,84*10 (hoch -10) F


    C=Q1/U
    --> umstellen nach Q1
    Q1=C*U
    Q1=3,68*10(hoch -8 ) C


    W1=0,5 * C1 * U1²
    W1=3,68 * 10 (hoch -6 ) J


    geg.:


    U1*=40 V
    Q1= 3,68 * 10 (hoch -8 ) J


    ges.:


    εr
    W1*


    Lösung:


    C2=Q1/U1*
    C2=9,2 * 10 (hoch -10 ) F


    C= εo * εr * A/s
    --> umstellen nach εr
    εr= ε0 * A/s * C
    εr= 1,69 * 10 (hoch -19 ) J


    W1*=0,5 * C * U²
    W1*=7,36 * 10 (hoch -7 ) J




    b)


    geg.:


    εr=1
    d2=2,5mm=0,0025m
    m=7,8 * 10 (hoch -15 ) kg
    U2=239 V


    ges.:


    Skizze
    Q


    Lösung:


    Skizze gibt es hier


    Fg=Fel
    m*g=E*Q
    m*g=U/s * Ö
    --> nach Q umstellen
    Q=m*g*s / U ------> (der ganze Term m*g*s wird durch U geteilt)


    Q= 8 * 10 (hoch -19 ) C


    Berechnung der Elementarladungen:


    e=1,60217733*10 (hoch -19 ) C


    Q/e
    = 4,99 ~ 5 Elementarladungen




    So, wie gesagt, weiter bin ich noch nicht. Jetzt müsste ich für aufgabe b noch begründen, ob sich die Kräfte auf das Tröpfchen verändern, wenn man den Plattenabstand verdoppeln würde.
    in einem anderen forum bekam ich bereits die antwort, dass das unabhängig von d ist, sondern von der Ladung, die auf dem Kondensator drauf ist.


    und bei aufgabe c weiß ich nicht, wie ich anfangen soll.
    mit welcher formel soll ich denn die ladung ausrechnen? habe doch weiter gar nichts gegeben :-S


    Ich wäre sehr dankbar über jede hilfe, die ich bekommen kann :)


    Danke!


    Rayne

    Hi


    Also die Rechnungen oben sehen auf den ersten Blick richtig aus.


    Die Kräfte auf die Tropfen sind nicht vur von der Ladung abhängig (ich glaub die meinen die Tröpfchenladung). Sie sind auch äbhängig von der Elektrischen Feldstärke und der damit verbundenen (Coulombschen) Kraft auf die Tröpchen.


    Wie das sich genau auswirkt kann man aus den Formeln die auf der Wikipediaseite stehen ableiten.



    Warum und wie Interstar die Ladung ausrechnen kann und will weiß ich nicht. Meiner Meinung nach musst du das Kräftegleichgewicht für den ausgelengten Körper aufstellen und darüber kannst du dann die Kraft bestimmen.
    Alles andere kann man dann auch berechen