Elektirsches Feld < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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Hallo,
ich habe einen ganzen Berg an Physik-Übungsaufgaben bekommen. Einige habe ich auch schon gelöst, jedoch komme ich bei drei Fragen praktisch gar nicht weiter. Es wäre schön wenn mir dazu jemand genaue Lösungsansätze geben kann oder auch die Lösung nachvollziehbar erklärt. Auch über die genaue Formel die ich da genau benutzen muss, würde ich mich freuen.
Aufgabe 1
Ein leitend gemachter Luftballon mit 5 cm Radius wird gegen die Erde auf 500 V aufgeladen und dann von der Spannungswuelle getrennt.
a.) Welche Ladung trägt er? Welche Energie steckt in seinem Feld?
b.) Wie ändert sich die Spannung, die Feldstärke an der Oberfläche und die Feldenergie, wenn man ihn auf dooppelten Radius aufbläst?
c.) Zwischen Ballon und ERde liegt jetzt ein Elektrospok der Kapazität 5 pF. Wie ändert sich dann die Spannung beim Aufblasen?
Aufgabe 2
Ein Kugelkondensator besteht aus zwei konzentrischen Kugeln, die innere (-) mit 5 cm, die äußere (+ und geerdet) mit 20cm Radius. Dazwischen liegt die Spannung 1000V.
a.) Welche Ladung tragen beide Kugeln, welche Kapazität hat der Kondensator?
Aufgabe 3
Um vom warmen Zimmer aus ständig den Ölstand h in einem Öltank messen zu können, senke Sie zwei Vertikale Metallplatten von 2m Breite, 2m Höhe und 10cm Abstand in den Öltank. DAnn legen Sie je Sekunde 100-mal die Spannung 1,5kV an und entladen sofort über einen Strommesser.
a.) Was zeigt der Strommesser an, wenn der Tank ganz leer, ganz mit Öl ( [mm] \varepsilon_{0} [/mm] = 2,5) bzw. halb gefüllt ist?
b.) Stellen Sie die Stromstärke I(h) als Funktion der Füllhöhe h dar.
c.) Welche Energie wird während einer Messung von 20s Dauer bei vollem Tank im Entladestromkreis frei?
Das wars.
Tut mir Leid das ich dazu nicht wirklich Lösungsvorschläge geben kann. Wie gesagt ist das nur ein Teil der Aufgaben die ich lösen muss, und das sind genau die, bei denen ich überhaupt nicht weiter komme.
Ich hoffe hier kann mir trotzdem jemand helfen..!
DANKE!
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(Antwort) fehlerhaft  | | Datum: | 23:17 So 11.09.2005 | | Autor: | kruder77 |
Hallo,
> Aufgabe 1
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> Ein leitend gemachter Luftballon mit 5 cm Radius wird gegen
> die Erde auf 500 V aufgeladen und dann von der
> Spannungswuelle getrennt.
>
> a.) Welche Ladung trägt er? Welche Energie steckt in seinem
> Feld?
> b.) Wie ändert sich die Spannung, die Feldstärke an der
> Oberfläche und die Feldenergie, wenn man ihn auf dooppelten
> Radius aufbläst?
> c.) Zwischen Ballon und ERde liegt jetzt ein Elektrospok
> der Kapazität 5 pF. Wie ändert sich dann die Spannung beim
> Aufblasen?
Ladung: [mm] Q=4*\pi*\epsilon_{0}*r*U=2,782E-9*C
[/mm]
Feldstärke: [mm] E=\bruch{Q}{4*\pi*\epsilon_{0}*r^{2}}=10*\bruch{kV}{m}
[/mm]
Energie: [mm] E_{e1}=\bruch{\epsilon_{0}*E^{2}*V}{2}=\bruch{\epsilon_{0}*E^{2}*4*\pi*r^{3}}{6}=2,318E-7*J
[/mm]
Bei Aufgabe 1b) würde ich an deiner Stelle einfach mal den doppelten Radius einsetzen...
Bei Aufgabe 1c) würde ich die Spannung aufteilen, ich habe dann ja eine Reihenschaltung aus zwei Kapazitäten... aber wie sich das konkret beim Aufpusten des Ballons verhält, weiss ich nicht!
Gruß
kruder77
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 00:24 Di 13.09.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo
Die Energie in dem Artikel ist völlig falsch, da die energiedichte des el. Feldes an der Oberfläche des Ballons mit dem Volumen des Ballons multipliziert wird, in dem das Feld 0 ist!
Die 2 anderen Formeln sind r
richtig ist GesamtEnergie im Feld [mm] =\bruch{C}{2}*U^{2}oder [/mm] U*Q/2
Gruss leduart
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Hallo,
> Aufgabe 2
>
> Ein Kugelkondensator besteht aus zwei konzentrischen
> Kugeln, die innere (-) mit 5 cm, die äußere (+ und geerdet)
> mit 20cm Radius. Dazwischen liegt die Spannung 1000V.
>
> a.) Welche Ladung tragen beide Kugeln, welche Kapazität hat
> der Kondensator?
Ich bin mir nicht sicher wie sich das verhält wenn alles geerdet ist,
aber für den "normalen" Kugelkondensator würde ich das wie folgt rechnen:
Kapazität: [mm] C=[\bruch{1}{4*\pi*\epsilon_{0}}*[\bruch{1}{5cm}-\bruch{1}{20cm}]]^{-1}=7,418E-12*F
[/mm]
Ladung: Q=C*U=7,418E-9*C
Grüße
Kruder77
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:45 Mo 12.09.2005 | | Autor: | XPatrickX |
Danke,
du hast mir sehr gut geholfen. Bin schon mal um einiges weiter gekommen. Danke
Gruß Patrick
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 09:52 Di 13.09.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo
Die Fälligkeit deiner Frage ist abgelaufen.
Wenn du noch was zu Aufg.3 willst post noch mal. sonst mach ich hier zu!
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 16:57 Di 13.09.2005 | | Autor: | kruder77 |
Hallo Leduart,
> Wenn du noch was zu Aufg.3 willst post noch mal. sonst
> mach ich hier zu!
mich würde interessieren wie Aufgabe 3 zu lösen ist.
Es handelt sich ja um einen Plattenkondensator und dem Öl als Dielektrikum, dass heißt ich kann über Fläche der Platten und [mm] \epsilon_{0} [/mm] meine Kapazität bestimmen. dann habe ich noch ne Frequenz gegegen und die Spannung. Aber wie gehe ich weiter vor? Was mir nicht ganz klar ist, wie ändert sich das Feld, wenn der obere Teil des Kondensators ohne Öl und der untere Teil mit Öl bedeckt ist!? *grübel*
Zu Aufgabe 1 wegen der Energie stimmt es natürlich dass das elek. Feld im Ballon Null ist! Sorry!
Gruß & Danke
kruder77
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 00:40 Mi 14.09.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo Patrick und Kruder
> Aufgabe 3
>
> Um vom warmen Zimmer aus ständig den Ölstand h in einem
> Öltank messen zu können, senke Sie zwei Vertikale
> Metallplatten von 2m Breite, 2m Höhe und 10cm Abstand in
> den Öltank. DAnn legen Sie je Sekunde 100-mal die Spannung
> 1,5kV an und entladen sofort über einen Strommesser.
> a.) Was zeigt der Strommesser an, wenn der Tank ganz leer,
> ganz mit Öl ( [mm]\varepsilon_{0}[/mm] = 2,5) bzw. halb gefüllt
> ist?
> b.) Stellen Sie die Stromstärke I(h) als Funktion der
> Füllhöhe h dar.
> c.) Welche Energie wird während einer Messung von 20s
> Dauer bei vollem Tank im Entladestromkreis frei?
1. Kapazität [mm] C=\epsilon_{0}*\epsilon_{r}*A/d [/mm] . Ist der Kondensator teilweise mit Öl gefüllt, so betrachtet man ihn als 2 parallel geschaltete Kond mit A1 Und A2: C [mm] =\epsilon_{0}A1/d+\epsilon_{0}*\epsilon_{öl}*A2/d =\epsilon_{0}*2m/0,1m*((2m-h)+\epsilon_{öl}*h)
[/mm]
2. Q=C*U
3. [mm] I=Q/\Deltat [/mm] hier hab ich Zweifel, was für Deltat gewählt werden soll. das Strommessgerät hat einen Innenwiderstand, der Zeiger eine Trägheit, ich denk es ist an die 1s gedacht.
I(h) folgt dann aus 1.
Energie des Kond. [mm] W=C/2*U^{2}=U*Q/2 [/mm] und das 19 oder 20 mal, alle die Energie verschwindet im Entladestromkreis.
Gruss leduart
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 01:48 Mi 14.09.2005 | | Autor: | kruder77 |
Hallo Leduart,
danke für den Ansatz! Ich glaube bei 1. liegt ein kleiner Fehler vor!
C [mm] =\epsilon_{0}A1/d+\epsilon_{0}*\epsilon_{öl}*A2/d =\epsilon_{0}*2m/0,1m*((2m-h)+\epsilon_{öl}*h)
[/mm]
müsste doch eigentlich [mm] m^{2} [/mm] sein weil Fläche und ich verstehe
die weitere Zusammenfassung von C nicht!? bekomme bei der Grundform jedoch 620pF ganz schön wenig für einen so großen Kondensator, wenn
er komplett mit Öl gefüllt ist komme ich auf 885 pF...
Gruß & Danke
Kruder77
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