Hallo zusammen,
Ich habe hier so eine Aufgabe:
Ein Öltröpfchen mit dem Durchmesser d=4*10^(-3)mm trägt zusätzlich 5 Elektronen, es befindet sich in einem vertikalen homogenen Feld.
Entfernung der Platenkondensatorscheiben c=1cm.
Wie groß muss die Spannung U sein, damit das tröpfchen schwebt.
Als erstes habe ich festgestellt, dass die Kraft in dem Feld (Fq) gleich der Gewichtskraft (Fg) sein muss:
Fq=Fg
Dann habe ich Die Gewichtskraft des Öltröpfchens über seine Dichte ( 0,9g/cm^3)
errechnet.
Fg= 0,9g/cm^3 * 4/3*(d/2)^3*pi * g
Also Erst das Volumen ausgerechnet mit der Volumenformel für eine Kugel dann mit der Dichte multiplieziert um die Masse zu erhalten und dann mit der Erdbeschleunigung g multipliziert, da „Fg=m*g“
Dann habe ich die Benötigte Feldstärke des homogenen Feldes errechnet
E = Fq/q
E = Fq/5*e
e steht für Ladung eines Elektrons
Daraus Folgt,
E=3,7*10^7 N/C
so da nun aber die Formel für die Spannung in einem homogenen Feld
U = E * d ist, und Das öltröpfchen ja nicht bewegt werden soll, wusste ich nicht was ich für „d“ einsetzten soll muss ich da jetzt die Entfernung der Platten benutzen, und wenn ja warum??
Vielen Dank für jede Antwort:
Mit freundlichen Grüßen:
Tobias M.
Hallo Tobias!
Ich habe jetzt nicht nachgerechnet, aber deine Rechnung ist vom Ansatz her auf jeden Fall richtig.
Was genau verstehst du denn nicht an der Formel? Meinst du warum das d nicht auch der Weg sein könnte, den das Öltröpfchen zurücklegt?
Die Formel beschreibt das Verhältnis vom Abstand der Kondensatorplatten zu deren Spannung und der elektrischen Feldstärke.
Dass „d“ kann für alle möglichen dinge benutzt werden (zB in deiner Aufgabenstellung der Durchmesser des Öltröpfchens) und muss deshalb immer definiert werden. Müsste auch in deiner Formelsammlung stehen.
Also- Ja, setz den Abstand ein 
.
Ich denke Mal, dass das eine Schulaufgabe ist? Wenn du nochmal richtig glänzen willst, dann überleg mal welche andere Kraft noch auf das Tröpfchen wirken könnte 
.
Gruß
Philipp
U = E * d ist, und Das öltröpfchen ja nicht bewegt werden
soll, wusste ich nicht was ich für „d“ einsetzten soll muss
ich da jetzt die Entfernung der Platten benutzen, und wenn ja
warum??
weil nämlich die Kraft, die das tröpfchen oben hält, berechnet wird durch
F = E * q
bzw. F = E * 5*e (in diesem Fall)
diese Kraft ist für dich ja interessant. In dem homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators ist diese Kraft ortsunabhängig. DU kannst sie nur durch die el. Feldstärke E beeinflussen, (oder indem du q veränderst, also z.B. 10*e, aber das geht wahrscheinlich nicht).
Und die Stärke eines homogenen Feldes innerhalb eines Kondensators kannst du durch die angelegte Spannung U beeinflussen oder eben durch den Abstand der beiden Kondensatorplatten zueinander d.
Also noch einmal:
d beeinflusst E, je näher die Kondensatorplatten zueinander sind, desto stärker das el. Feld
E beeinflusst Fq, je stärker das Feld, desto größer die elektrostatische Kraft
darum musst du für d den Plattenabstand einsetzen.
Klar?
Hmm… ich glaube ich habe das jetzt so weit verstanden,
Aber ich habe da noch mal eine Frage.
Wie würdet ihr mit einfachen Worten erklären was Spannung ist?
Ist das die Energie die man benötigt um eine Ladung von einem Punkt zum anderen zu transportieren und ist dann die Spannung in dem Knodensator die Spannung die man benötigen würde um die Ladung von der einen zur anderen Platte zu bewegen??
oder liege ich da total falsch?
Danke für alle Antworten.
Mit freundlichen Grüßen:
Tobias M.
Wie würdet ihr mit einfachen Worten erklären was Spannung ist?
Die Spannung ist zwar eine alltägliche Größe in der Elektrotechnik, aber ihre Definition ist überhaupt nicht einfach. Dafür braucht man feste mathematische Grundlagen.
Zuerst kompleziert:
Spannung ist das Integrall der el. Feldstärke über einer Strecke.
oder noch Komplizierter:
Spannung ist das Integrall des negativen Gradienten des el. Potentials über einer Strecke, d.h. die Potentialdifferenz
Etwas einfacher wird es, wenn du dir klar machst, was die Größe Spannung angibt.
Sie gibt an, wieviel Energie pro Ladungsmenge umgewandelt wird, wenn diese Ladungsmenge ihren Ort wechseln würde.
Ist das die Energie die man benötigt um eine Ladung von einem
Punkt zum anderen zu transportieren.
richtig, genau das zeigt diese Größe an
und ist dann die Spannung
in dem Knodensator die Spannung die man benötigen würde um die
Ladung von der einen zur anderen Platte zu bewegen??
sollte ein Ladungsträger von einer Platte auf die andere gebracht werden, müsste es durch das el. Feld des Kondensators auf die andere Platte fließen. Im elektrischen Feld erfährt es aber eine Kraft, die es abbremst oder beschleunigt. Beim Transport des Ladungsträgers wird also Energie „verbraucht“ oder es wird Energie „gewonnen“. Die Spannung gibt an, wieviel Energie bei diesem Transport umgesetzt werden würde, pro Ladungsmenge.
Das ist recht plausibel:
Hohe Spannung am Kondensator -> starkes E-Feld -> starke elektrostat. Kraft -> viel Energie wird umgesetzt