Hallo!
Ist die Ladungsdichte in einem bestimmten Material begrenzt?
Kann man in einen Würfel, in dem Vakuum herrscht, beliebig viele Elektronen schießen?
Wie sieht es mit einem Würfel aus Eisen aus?
Wenn es eine Obergrenze der Ladungsdichte geben sollte:
Was würde beim überschreiten dieser Grenze passieren? Würde man einfach keine Elektronen mehr hineinschießen können? Würden die Elektronen einfach wieder heraustreten?
Gruß
Paul
Hallo Paul,
interessante Fragen. Ich bin gemein und frage zurück: Wie groß ist ein Elektron? Wie hoch ist daher die Ladungsdichte im Elektron?
Hast Du schon mal (D)eine/n LehrerIn gefragt?
Stefan
interessante Fragen. Ich bin gemein und frage zurück: Wie groß
ist ein Elektron? Wie hoch ist daher die Ladungsdichte im
Elektron?
Du meinst also, dass die maximale Raumladungsdichte erreicht wäre, wenn der Raum komplett mir Elektronen gefüllt ist.
Bei einem Elekronenradius von 2,8 * 10^-15 m hat ein Elektron ein Volumen von ca. 3 * 10^-44 m³.
Die Elemnetarladung beträgt 1,5*10^-19 C.
Die maximale Raumladunsdichte beträgt dann also etwa e/V = 5,3*10^24 C/m³.
Wenn das stimmen würde, könnte man ja nahezu unbegrenzt viel Energie in einem Eimer mit Vakuum speichern.
Wieso macht man es sich dann so schwer und nimmt Kondensatoren, deren Speicherfähigkeit ja recht begrenzt ist?
Hallo,
Wieso macht man es sich dann so schwer und nimmt
Kondensatoren, deren Speicherfähigkeit ja recht begrenzt ist?
Überleg mal, was zwei gleiche Ladungsträger miteinander machen.
Gruß
loderunner
Überleg mal, was zwei gleiche Ladungsträger miteinander
machen.
Sie stoßen sich ab. Das ist ja kein großes Hindernis; wenn man den Elektronen einen ausreichenden Schubs gäbe, dann würden sie es auch in den Vakuum-Eimer schaffen. oder nicht?
Überleg mal, was zwei gleiche Ladungsträger miteinander
machen.Sie stoßen sich ab. Das ist ja kein großes Hindernis; wenn man
den Elektronen einen ausreichenden Schubs gäbe, dann würden
sie es auch in den Vakuum-Eimer schaffen. oder nicht?
Und du meinst, sie stoßen sich im Vakuum nicht ab?
Was meinst du, wie groß die Energien im Vergleich sind, ein Elektron in den Eimer zu bringen, wenn da drin 1 Elektron ist oder wenn 10^24 Elektronen drin sind?
Jetzt das GEdankenspiel einfach weiter fortsetzen, und du hast deine Antwort.
Und du meinst, sie stoßen sich im Vakuum nicht ab?
Das habe ich nicht gesagt. Ich meinte nur, dass wenn man sie mit genügend Energie in den Eimer schösse, sie auch drin bleiben würden.
Was meinst du, wie groß die Energien im Vergleich sind, ein
Elektron in den Eimer zu bringen, wenn da drin 1 Elektron ist
oder wenn 10^24 Elektronen drin sind?
Wieviel Energie man reinsteckt, ist doch egal. Man muss nur die gleiche Energie wieder heraus bekommen können.
Jetzt das GEdankenspiel einfach weiter fortsetzen, und du hast
deine Antwort.
Ich bekomme meine Antwort irgendwie nicht 
Willst du darauf hinaus, dass der Eimer irgendwann platzen würde?
Oder wie oder was?
Es sind heute alle hier etwas wortkarg; die durchschnittliche Satzanzahl der Antworten liegt in diesem Artikelbaum z.Z. bei 2+2/3.
Ist meine Frage so blöd? Ich meine sie auf jeden Fall ernst…
Hallo Paul,
Ist die Ladungsdichte in einem bestimmten Material begrenzt?
ja.
Kann man in einen Würfel, in dem Vakuum herrscht, beliebig
viele Elektronen schießen?
Wie willst Du verhindern, daß sie hinten wieder rausfliegen, ober reflektiert werden und vorne wieder rausfleigen, oder wenn viele drin sind verhindern, daß sie sich gegenseitig wieder rausschießen?
Wie sieht es mit einem Würfel aus Eisen aus?
Ein Mol Eisen sind etwa 55,85 g.
Die DIchte von Eisen beträgt ca. 7,9, das bedeutet, daß ein mol Eisen ein Volumen von etwas mehr als 7 cm3 hat. Den Rest kannst Du Dir ja ausrechnen.
Wenn es eine Obergrenze der Ladungsdichte geben sollte:
Was würde beim überschreiten dieser Grenze passieren?
vielleicht würde sich irgendwann ein schwarzes Loch bilden
Würde
man einfach keine Elektronen mehr hineinschießen können?
Würden die Elektronen einfach wieder heraustreten?
letzteres halte ich für wahrscheinlicher.
Vielleicht würde sich sogar ein Gleichgewicht bilden, weil eine endliche Zahl von Elekronen durch das Wandmaterial tunneln.
Gandalf
Wenn man selbst auf die Antwort kommt, dann hält das meist länger 
Je größer die Ladungsdichte ist, umso größer wird die Energie, um die Landungsdichte weiter zu erhöhen.
Irgendwann ist die Energie so hoch, dass du die ganze Energie des Universums brauchst. Dann ist es auf jeden Fall zu Ende.
Vorher wird es aber bestimmt zu schwer, den Elektronen die benötigte kinetische Energie (Geschwindigkeit->Lichtgeschwindigkeit) zu geben.
Hallo!
Danke für deine Antwort!
Ist die Ladungsdichte in einem bestimmten Material begrenzt?
ja.
Gibt es für diese Beschränkung auch eine Größe?
Die DIchte von Eisen beträgt ca. 7,9, das bedeutet, daß ein
mol Eisen ein Volumen von etwas mehr als 7
cm3 hat.
Ein normales Eisenatom hat 26(?) Elektronen. Davon gibt es in einem Mol 6*10^23 Stück. In 7 cm³ sind dann also 1,5*10^25 Elektronen drin, was 2,4 Mega Coulomb sind. (Wie wird das eigentlich korrekt geschrieben? so oder „Mega-Coulomb“?)
Aber ich kann Eisen sicher nicht komplett ionisieren, um die Elektronen zu bekommen.
Ich meinte eher, wieviele zusätzliche Elektronen ich einen unionisierten Eisenblock schicken kann. Die Elektronen sollten nach dem Trennen der Spannungsquelle dann auch im Eisenblock verbleiben. Gibt es dafür nicht irgendwelche Werte?
Wie willst Du verhindern, daß sie hinten wieder rausfliegen,
ober reflektiert werden und vorne wieder rausfleigen, oder
wenn viele drin sind verhindern, daß sie sich gegenseitig
wieder rausschießen?
Ich dachte, dass wenn ich eine Hülle hätte, die genügend dick ist, um das Durchtunneln zu verhindern, keine Elektronen aus dem Eimer rauskommen können. Selbst wenn die Elektronen darin durch die Gegend rasen sollten, sollten sie doch nicht durch die Hülle dringen können. Betastrahlung kann doch durch Metallplatten von einigen Zentimetern abgeschirmt werden.
vielleicht würde sich irgendwann ein schwarzes Loch bilden
*g*
Gruß
Paul
Hallo Paul,
Ich dachte, dass wenn ich eine Hülle hätte, die genügend dick
ist, um das Durchtunneln zu verhindern, keine Elektronen aus
dem Eimer rauskommen können.
und wie sollen sie dann reinkommen?
Selbst wenn die Elektronen darin
durch die Gegend rasen sollten, sollten sie doch nicht durch
die Hülle dringen können. Betastrahlung kann doch durch
Metallplatten von einigen Zentimetern abgeschirmt werden.
Stimmt schon, aber die wechselwirken auch dem Material.
In Summe:
War wohl nichts
Gandalf
Ich gebe nicht auf
Ich dachte, dass wenn ich eine Hülle hätte, die genügend dick
ist, um das Durchtunneln zu verhindern, keine Elektronen aus
dem Eimer rauskommen können.und wie sollen sie dann reinkommen?
Ich kann ja eine kleines Loch haben, die für einige Sekundenbruchteile geöffnet werden. Während dieser Zeit könnte verhindert ein entsprechend starkes elektrisches Feld von außen das „Auslaufen“ der Elektronen verhindern. Mit einem Elektronenbeschleuniger könnte ich dann neue Elektronen durch das Loch schießen und es danach wieder schließen.
Stimmt schon, aber die wechselwirken auch dem Material.
und wie? Was tun denn wütende Elektronen mit zB Eisen?
In Summe:
War wohl nichts
danke für deinen Optimismus
Hallo Paul,
Ist die Ladungsdichte in einem bestimmten Material begrenzt?
Nein, mit zunehmender Ladungsdichte erhöht sich die Feldstärke innerhalb und außerhalb des nicht leitfähigen Materials (bei einfacher Geometrie, z.B. Kugelsymmetrie kann man das auch ausrechnen) und irgendwann kommt es zum Ladungsausgleich infolge Durchschlag. Die Elektronen wandern dann entlang der Feldlinien bis zur positiven Gegenelektrode.
Kann man in einen Würfel, in dem Vakuum herrscht, beliebig
viele Elektronen schießen?
Nein, im Vakuum gibt es keine Bindungsenergie, die die Elektronen dazu veranlassen könnte, sich nicht sofort abzustossen und voneinander zu entfernen.
Wie sieht es mit einem Würfel aus Eisen aus?
Hier gibt es eine Bindungsenergie bzw. Austrittsarbeit, die überwunden werden muß, damit sich die Elektronen auf den Weg machen können. Zu beachten ist, dass Eisen elektrisch leitend ist und sich die Elektronen ausschließlich auf der Oberfläche sammeln. Mit zunehmender Ladung wird die Feldstärke auf der Oberfläche immer größer, bis die Elektronen schließlich in den umgebenden Raum abwandern können.
Wenn es eine Obergrenze der Ladungsdichte geben sollte:
Was würde beim überschreiten dieser Grenze passieren? Würde
man einfach keine Elektronen mehr hineinschießen können?
Würden die Elektronen einfach wieder heraustreten?
Die Ladungsdichte einer Gewitterwolke ist ebenfalls begrenzt. Was passiert wenn weitere geladene Tropfen oder Eiskristalle in die Wolke „geschossen“ werden, kann jeder selbst sehen und hören.
Jörg