Energiepotenzial zwischen Kondensator

Wissenschaft Physik
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Hallo,
wir hatten im Unterricht neulich einen Versuch, bei dem wir einen Kondensator aufgeladen hatten um ein homogenes elektrisches Feld zu erzeugen. In dieses hatten wir eine Platte aufgeladen und wieder über ein Lämpchen entladen. Aufgeladen, aber diesmal entgegen der Anziehung verschoben. Auf einmal leuchtete das Lämpchen viel heller als man es dort entlud. Das liegt doch daran, dass jetzt die Elektronen, wenn sie von der Platte fließen, viel länger beschleunigt werden können und so mehr Energie bekommen.
Man könnte doch theoretisch das geladene Plättchen verschieben, aber das Lämpchen trotzdem weniger leuchten lassen, indem ich das Kabel, mit dem ich das Plättchen entlade, nicht so lange im elektrischen Feld längs der Feldlinien laufen lasse, sondern vorher, bevor es die ganze Strecke im Kondensator durchlaufen hat, abknicken, dann würden doch die Elektronen weniger beschleunigt.

Mit anderen Worten: Kann man die Energie von Elektronen dadruch beeinflussen, wie lange der Leiter, mit dem sie von einer geladenen Platte abgegriffen werden, längs der Feldlinien im Kondensator verläuft?
Knickt er gleich ab ==> wenig Energie der Elektronen
Läuft er lang durchs Feld ==> viel Energie der Elektronen

Noch was, wo ich nicht drauf komm, was ich vergessen hab:

Ich hab einen geladenen Körper in einem homogenen elektrischen Feld.
Ich lasse in beschleunigen, dann wieder nehme ich die Energie dieses Körpers weg, schalte das elektrische Feld aus, verschiebe den Körper fast ohne Kraftaufwand wieder nach „oben“ schalte wieder ein und lasse ihn wieder beschleunigen.
Die Geräte zum Erzeugen des Feldes sollen mal verlustfrei arbeiten.
Wie wird jetzt die Energieerhaltung sicher gestellt?

Genauso, wenn ich weit außerhalb des Kondensators, also dort wo kaum noch Feldlinien sind, die Ladung wieder nach oben schiebe.
Aber hier hätte ich noch gerade so eine Erklärung, wie die Energie erhalten bleibt.
Man muss ja auch Arbeit zur Seite verrichten, um den geladenen Körper nach draußen zu befördern und so wird dann die leichtere Arbeit nach „oben“ wieder kompensiert.

Bitte helft mir da mal ein wenig auf die Sprünge
Vielen Dank für Antworten
Gruß
Tim

2

Hallo!

Aufgeladen, aber diesmal entgegen der Anziehung verschoben.
Auf einmal leuchtete das Lämpchen viel heller als man es dort
entlud. Das liegt doch daran, dass jetzt die Elektronen, wenn
sie von der Platte fließen, viel länger beschleunigt werden
können und so mehr Energie bekommen.
Man könnte doch theoretisch das geladene Plättchen
verschieben, aber das Lämpchen trotzdem weniger leuchten
lassen, indem ich das Kabel, mit dem ich das Plättchen
entlade, nicht so lange im elektrischen Feld längs der
Feldlinien laufen lasse, sondern vorher, bevor es die ganze
Strecke im Kondensator durchlaufen hat, abknicken, dann würden
doch die Elektronen weniger beschleunigt.

Das macht keinen Unterschied. Die elektrische Energie, die eine Ladung hat, hängt nur von ihrem Ort ab. Angenommen zwischen den Kondensatorplatten liegt eine Spannung von 1000 V. Dann bedeutet das, dass jedes Coulomb Ladung eine Energie von 1000 J trägt. Auf ihrem Weg zur anderen Kondensatorplatte gibt es diese 1000 J ab, unabhängig davon, welchen Weg die Ladung nimmt.

Mit anderen Worten: Kann man die Energie von Elektronen
dadruch beeinflussen, wie lange der Leiter, mit dem sie von
einer geladenen Platte abgegriffen werden, längs der
Feldlinien im Kondensator verläuft?

Natürlich nicht. Sonst könntest Du ja Kabel schleifenförmig so legen, dass die Ladungen im Inneren des Kondensators immer Energie tanken können und außerhalb des Kondensators zurück geführt werden. Das wäre dann ein Perpetuum Mobile.

Ich hab einen geladenen Körper in einem homogenen elektrischen
Feld.
Ich lasse in beschleunigen, dann wieder nehme ich die Energie
dieses Körpers weg, schalte das elektrische Feld aus,
verschiebe den Körper fast ohne Kraftaufwand wieder nach
„oben“ schalte wieder ein und lasse ihn wieder beschleunigen.
Die Geräte zum Erzeugen des Feldes sollen mal verlustfrei
arbeiten.
Wie wird jetzt die Energieerhaltung sicher gestellt?

Beim Ein- und Ausschalten des Kondensators führst Du ihm Ladungen (und damit Energie) zu oder ab. Wenn der geladene Probekörper nach dem Aufladen des Kondensators auf einem hohen Potenzial liegt, musst Du zum Aufladen mehr Energie rein stecken, als Du beim Abschalten (wenn der Körper auf niedrigerem Potenzial liegt) zurück kriegst.

Genauso, wenn ich weit außerhalb des Kondensators, also dort
wo kaum noch Feldlinien sind, die Ladung wieder nach oben
schiebe.

Sagt der Begriff „Äquipotenzialflächen“ etwas? Damit lässt sich viel erklären. Eine Äquipotenzialfläche setzt sich aus allen Punkten zusammen, die das gleiche Potenzial aufweisen. Wenn man über das Gravitationsfeld spricht, sind die Äquipotenzialflächen z. B. konzentrische Kugeln um den Erdmittelpunkt.

Im elektrischen Feld sind die Äquipotenzialflächen auch geschlossene Flächen. Sie werden an jeder Stelle von den elektrischen Feldlinien senkrecht durchdrungen. Im Inneren des Kondensators sind es Ebenen, die parallel zu den Platten liegen. Außerhalb verschwinden sie wegen der Randfelder nicht, sondern bilden gekrümmte, ineinander geschachtelte, geschlossene Flächen um die Platten. Wie Du Dir leicht vorstellen kannst, ist es unmöglich zu einem Punkt zurück zu kehren, ohne jede Äquipotenzialfläche entweder gar nicht, oder in beide Richtungen zu durchschreiten - egal welchen Weg man nimmt.

Michael

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Hallo,
wir hatten im Unterricht neulich einen Versuch, bei dem wir
einen Kondensator aufgeladen hatten um ein homogenes
elektrisches Feld zu erzeugen. In dieses hatten wir eine
Platte aufgeladen und wieder über ein Lämpchen entladen.
Aufgeladen, aber diesmal entgegen der Anziehung verschoben.
Auf einmal leuchtete das Lämpchen viel heller als man es dort
entlud. Das liegt doch daran, dass jetzt die Elektronen, wenn
sie von der Platte fließen, viel länger beschleunigt werden
können und so mehr Energie bekommen.
Man könnte doch theoretisch das geladene Plättchen
verschieben, aber das Lämpchen trotzdem weniger leuchten
lassen, indem ich das Kabel, mit dem ich das Plättchen
entlade, nicht so lange im elektrischen Feld längs der
Feldlinien laufen lasse, sondern vorher, bevor es die ganze
Strecke im Kondensator durchlaufen hat, abknicken, dann würden
doch die Elektronen weniger beschleunigt.

Ich bin mir nicht sicher, wie du das meinst; falls deine Idee ist, das Kabel einfach (rechtwenklig zu den Feldlinien) aus dem Kondensator rauszuführen und im feldfreien Raum dann wieder parallel zu den Feldlinien im Kondensator weiterzuführen, dann hat das m.E. folgenden Denkfehler: Der Raum außerhalb des Kondensators ist keineswegs feldfrei.

Mit anderen Worten: Kann man die Energie von Elektronen
dadruch beeinflussen, wie lange der Leiter, mit dem sie von
einer geladenen Platte abgegriffen werden, längs der
Feldlinien im Kondensator verläuft?
Knickt er gleich ab ==> wenig Energie der Elektronen
Läuft er lang durchs Feld ==> viel Energie der Elektronen

Noch was, wo ich nicht drauf komm, was ich vergessen hab:

Ich hab einen geladenen Körper in einem homogenen elektrischen
Feld.
Ich lasse in beschleunigen, dann wieder nehme ich die Energie
dieses Körpers weg, schalte das elektrische Feld aus,
verschiebe den Körper fast ohne Kraftaufwand wieder nach
„oben“ schalte wieder ein und lasse ihn wieder beschleunigen.
Die Geräte zum Erzeugen des Feldes sollen mal verlustfrei
arbeiten.
Wie wird jetzt die Energieerhaltung sicher gestellt?

Genauso, wenn ich weit außerhalb des Kondensators, also dort
wo kaum noch Feldlinien sind, die Ladung wieder nach oben
schiebe.
Aber hier hätte ich noch gerade so eine Erklärung, wie die
Energie erhalten bleibt.
Man muss ja auch Arbeit zur Seite verrichten, um den geladenen
Körper nach draußen zu befördern und so wird dann die
leichtere Arbeit nach „oben“ wieder kompensiert.

Ich glaube ich verstehe ungefähr was du meinst, bin mir aber bei der Antwort nicht ganz sicher: Wenn sich in einem geladenen Plattenkondensator eine ebenfalls aufgeladene Kugel befindet und man diese plötzlich loslässt, dann wird diese ja beschleunigt. Ich glaube, dabei verliert der Kondensator Energie. Anstelle des beschriebenen Körpers würde ich eine Platte nehmen, die so groß ist wie eine Kondensatorplatte. Anfangs berührt sie sogar eine Kondensatorplatte, wird dann aber losgelassen. Der Kondensator wird nicht nachgeladen.
Die losgelassene Platte beschleunigt dann richtung Gegenpol, der größer werdende Zwischenraum von ihrem Startpunkt müsste m.E. feldfrei bleiben. Der andere, kleiner werdende Zwischenraum ist aber im Prinzip wieder ein neuer Plattenkondensator, dessen Abstand immer geringer wird.