Energieerhaltungss. in Feldern < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 02:22 Do 28.12.2006 | | Autor: | pyro |
Hallo!
Ich habe zwei wahrscheinlich eigentlich einfache Fragen zum Energieerhaltungssatz.
Ein Elektron wird ja in einem elektrischen Feld beschleunigt, und in einem magnetischen Feld abgelenkt.
Nun folgendes:
Ich lade einen Plattenkondensator auf, so dass zwischen den Platten ein elektrisches Feld entsteht. Wenn ich nun das Kabel an den Platten einfach abschneide, besteht ja das elektrische Feld immer noch, oder? Wenn ich nun ein Elektron in dieses Feld bringe, wird es ja beschleunigt. Aber wie wird nun die elektrische Energie hierfür aufgewendet? Die physischen Ladungsträger gelangen doch nicht durch die Luft von der einen auf die andere Kondensatorplatte? Allerdings kann das Elektron ja nicht ohne Energieaufwand beschleunigt werden?
Gleiche Frage für das Magnetfeld: Angenommen es wird durch einen Permanentmagnet erzeugt. Nun gerät das Elektron mit einer horizontalen Geschwindigkeit hinein. Diese behält es bei, wird aber gleichzeitig noch in eine Richtung abgelenkt. Insgesamt hat es doch dann mehr kinetische Energie? Wo kommt diese dann her?
Wahrscheinlich sehe ich gerade den Wald vor Bäumen nicht, aber würde mich freuen wenn ihr helfen könntet!
Danke schonmal
gruß
pyro
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 17:49 Do 28.12.2006 | | Autor: | piet.t |
Hallo pyro,
> Hallo!
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> Ich habe zwei wahrscheinlich eigentlich einfache Fragen zum
> Energieerhaltungssatz.
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> Ein Elektron wird ja in einem elektrischen Feld
> beschleunigt, und in einem magnetischen Feld abgelenkt.
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> Nun folgendes:
> Ich lade einen Plattenkondensator auf, so dass zwischen
> den Platten ein elektrisches Feld entsteht. Wenn ich nun
> das Kabel an den Platten einfach abschneide, besteht ja das
> elektrische Feld immer noch, oder? Wenn ich nun ein
> Elektron in dieses Feld bringe, wird es ja beschleunigt.
> Aber wie wird nun die elektrische Energie hierfür
> aufgewendet? Die physischen Ladungsträger gelangen doch
> nicht durch die Luft von der einen auf die andere
> Kondensatorplatte? Allerdings kann das Elektron ja nicht
> ohne Energieaufwand beschleunigt werden?
Das Elektron zwischen den Kondesatorplatten erzeugt ja durch seine eigene Ladung auch ein elektrisches Feld, was dann zu kleinen Änderungen im Feld des Kondensators führt.
Angenommen, das Elektron befindet sich am Anfang direkt vor der negativ geladenen Kondensatorplatte. Dann wird es von dieser weg beschelunigt bis es zur postitiven Platte kommt. Rein aus Sicht des elektrischen Feldes haben wir jetzt also ein Elektron von der negativen zur positiven Platte bewegt (O.K., das Elektron war nicht in der Platte gebunden sondern schwebte kurz davor, aber das ist dem Feld ja egal). Das entspricht einer (kleinen) Entladung des Kondensators, d.h. das Feld zwischen den Platen wurde abgeschwächt und hat Energie verloren - die in kinetische Energie des Elektrons umgewandelt wurde.
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> Gleiche Frage für das Magnetfeld: Angenommen es wird durch
> einen Permanentmagnet erzeugt. Nun gerät das Elektron mit
> einer horizontalen Geschwindigkeit hinein. Diese behält es
> bei, wird aber gleichzeitig noch in eine Richtung
> abgelenkt. Insgesamt hat es doch dann mehr kinetische
> Energie? Wo kommt diese dann her?
Achtung! Im Magnetfeld wird die horizontale Geschwindigkeit nicht beibehalten!!!!! Die Kraft durch das Magnetfeld wirkt zu jedem Zeitpunkt senkrecht zur Bewegungsrichtung. Deshalb wird der Betrag der Geschwindigkeit und damit auch die kinetische Energie nicht verändert.
Wenn Dir nicht ganz klar ist, wie die horizontale Geschwindigkeitsänderung zustande kommt zeichne doch mal die Geschwindigkeit des Elektrons und die ablenkende Kraft zu 2 verschiedenen Zeitpunkten ein: einmal direkt beim Eintritt in das Feld und noch einmal etwas später (d.h. nachdem das Elektron schon ein wenig abgelenkt wurde).
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> Wahrscheinlich sehe ich gerade den Wald vor Bäumen nicht,
> aber würde mich freuen wenn ihr helfen könntet!
>
> Danke schonmal
>
> gruß
> pyro
Gruß
piet
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:48 Do 28.12.2006 | | Autor: | pyro |
Aaaah, vielen Dank!
Dann ist das ja ein kräftiger Denkfehler beim Magnetfeld. Ich hatte wie folgt gedacht: Das Elektron wird abgelenkt. Wenn es nun dann schon komplett abgelenkt wurde dachte ich es würde noch beschleunigt werden! Aber dies ist ja dann gar nicht so! Dann ist dieser Fehler gleich ausgeräumt.
Zu dem Feld im Kondensator habe ich aber noch eine Frage: Das elektrische Feld, und der Potentialunterschied entstehen ja, da die eine Seite des Kondensators negativer geladen ist als die andere. Wenn nun aber das elektrische Feld abgeschwächt wird, müssen dann nicht auch phsysisch wieder Elektronen von der einen auf die andere Platte gelangen? Oder wie kann man sich vorstellen, dass das Feld abgeschwächt wird? Das es ja so ist ist ja eine Tatsache, hatte das ja mit dem Energieerhaltungssatz auch so vermutet. Wie funktioniert das dann? Vor allem wenn ich wie im Beispiel die Verbindung zwischen den Platten aufgetrennt habe? Oder geht dies gar nicht so wie ich mir das vorstelle?
Wäre über nochmalige Antwort dankbar, die jetzt hat mir schon sehr weitergeholfen!
gruß
pyro
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(Antwort) fertig | | Datum: | 19:02 Fr 29.12.2006 | | Autor: | leduart |
Hallo
Der "Sitz" der el. Feldenergie sind nicht die Platten oder die Elektronen, die Energie sitzt im Feld selbst.
Wenn du die Pltten des Kond. eineander näherst wird die Spannung kleiner, wenn du sie voneinander entfernst größer, auch Wenn die Ladung auf den Platten gleich bleibt.
Wenn du einen Ball von 10m höhe auf 5m fallen lässt, wird er doch auch beschleunigt, das gesamtfeld verliert Energie.
Ob das bewegte El. auf der pos platte landet, oder du es kurz davor betrachtest, das el. Feld wird abgeschwächt, zur vorstellung, stell dir von jedem El auf der einen Platte einen pos. gegner auf der anderen vor, die verbindung ist ne feldlinie. jetzt hast du aber durch das El. direkt vor der Platte eine +ladung schon kompensiert, die Feldlinie ist nur noch von + bis zu dem einamen El.
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:28 Fr 29.12.2006 | | Autor: | pyro |
Ja das macht es schon sehr anschaulich!
Ich weiß jetzt genau wo der Kern meines Problems liegt, und habe daher noch eine letzte Frage.
Ganz von Beginn an:
Der Kondensator soll nun aufgeladen werden, und dann von der Spannungsquelle getrennt werden. Wandern nun beim Aufladen physisch Elektronen von der einen zur anderen Platte?
Soweit ich bisher gedacht habe ja. Deshalb fließt ja auch ein Strom, wenn man nun den aufgeladenen Kondensator an einen Verbraucher anschließt (bis sich eben die Ladungen wieder ausgeglichen haben). Wenn aber doch physich keine Verbindung mehr zwischen den Platten besteht, wie kommen dann die Elektronen wieder zurück auf die andere Hälfte? Wenn ich solange soviele Elektronen (die ich einfach mal habe) frei zwischen die Platten lege um sie zu beschleunigen, bis das elektrische Feld "verbaucht" ist, und dann die Kondensatorplatten wieder mit einem Leiter verbinde, dann fließt doch nicht nocheinmal ein Strom der den Elektronenunterschied wieder ausgleicht?
Wo ist der Fehler?
Danke für eure Geduld!
gruß
pyro
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(Antwort) fertig | | Datum: | 09:53 Sa 30.12.2006 | | Autor: | piet.t |
Hallo,
spielen wir das ganze mal gedanklich durch:
Beim Aufladen des Kondensators fließen wie Du schon geagt hast Elektronen von einer Platte zur anderen.
Dann wird die Verbindung getrennt, d.h. ein Rückfluss der Elektronen kann nicht erfolgen.
Nun werden nach und nach zusätzliche Elektronen in das Feld eingebracht, die dann zur positiven Platte beschleunigt werden. Dadurch bildet sich nun vor der positiven Platte eine "Elektronenwolke", die sozusagen die positiv geladene Platte von der negativ geladenen abschirmt.
Angneommen wir haben durch die Elektronenwolke ein Gegenfeld erzeugt, das genau so stark ist wie das ursprüngliche Feld des Kondensators ("verbraucht" ist vielleicht nich so glücklich ausgedrückt) und verbinden dann die Platten wieder. Was passiert? Ganz einfach: nichts!
Der Grund dafür ist, dass die Elektronen nicht auf die positive Platte zurückfließen können, da sie von der Elektronenwolke davor abgestoßen werden. Etwas einfacher kann man es sich vielleicht vorstellen, wenn man mal kurz von positiven Ladungsträgern ausgeht: die würden durch die Anziehungskraft der Elektronenwolke auf der positiven Platte festgehalten.
Alles in allem schon recht interessante Überlegungen - ich glaube nicht, dass ich ohne die Frage da mal so detailliert darüber nachgedacht hätte...
Gruß
piet
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 18:01 Sa 30.12.2006 | | Autor: | pyro |
Vielen Dank! Dann waren ja die Gedanken gar nicht so unbegründet.
Das ist oft so ein kleines Problem von mir. Ich stehe immer vor Fragen an die kein anderer denkt. Manchmal recht hinderlich, vor allem wenn andere denken man ist zu blöd um etwas zu verstehen. Meistens kommt man aber dann bei Nachfragen doch zu interessanten Gesprächen wo sich dann gegenteiliges beweist :)
gruß
pyro
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 19:10 Sa 30.12.2006 | | Autor: | Artus |
Nein, unbegründet sind Deine Gedanken keinesfalls gewesen.
Aber Du hast von interessanten Diskussionen gesprochen ...
Ich kann die Überlegungen von piet.t auch nicht so ganz nachvollziehen. Vielleicht können wir doch noch einmal drüber diskutieren? Da ich nicht weiß, ab dies hier überhaupt erlaubt ist, sollte uns einer der Moderatoren stoppen, wenn wir hier den Sinn und Zweck des Forums überschreiten.
Dann wird die Verbindung getrennt, d.h. ein Rückfluss der Elektronen kann nicht erfolgen.
Nun werden nach und nach zusätzliche Elektronen in das Feld eingebracht, die dann zur positiven Platte beschleunigt werden. Dadurch bildet sich nun vor der positiven Platte eine "Elektronenwolke", die sozusagen die positiv geladene Platte von der negativ geladenen abschirmt.
Angneommen wir haben durch die Elektronenwolke ein Gegenfeld erzeugt, das genau so stark ist wie das ursprüngliche Feld des Kondensators
Den letzten Satz lassen wir für den Moment mal außen vor.
Gehen wir mal davon aus, dass die Zahl der Elektronen in der Wolke vor der positiv geladenen Platte gleich der Zahl der Elektronen auf der negativ geladenen Platte ist, dann würde doch die zur Zeit positiv geladenen Platte durch die jetzt auftreffenden freien Elektronen neutralisiert.
Vergessen wir auch mal die dann erneut auftretende Influenz, sondern stellen uns jetzt vor, dass wir beide Platten wieder miteinander verbinden.
Würden dann nicht Elektronen von der negativ geladenen Platte zur anderen Platte wandern, bis beide Platten wieder das gleiche, gegenüber der Erde jetzt negative Potential aufweisen?
Es wäre nett, piet, wenn Du daran noch einmal einen Gedanken "verschwenden" würdest!
Zweites Szenario:
In einen aufgeladenen Kondensator wird parallel zur negativ geladenen Platte, unmittelbar vor dieser, ein Elektron hinein geschossen. Im Feld des Kondensators wird dieses Elektron nun beschleunigt (waagerechter Wurf!).
Dies geschieht in jeder Elektronenstrahlröhre ( Fernseher, Oszilloscope) laufend.
Die Energie zur Verrichtung der Beschleunigungsarbeit muss aus dem Feld stammen.
a) Trifft das Elektron auf die positiv geladene Platte, dann verringert sich die Kondensatorladung und somit die Feldstärke. Daran habe ich zumindest keine Zweifel.
b) Tritt das Elektron aber unmittelbar neben der positiv geladenen Platte wieder aus dem Kondensator aus, dann bleibt die Kondensatorladung konstant. Die Feldstärke und Spannung haben sich auch nicht verändert, obwohl Beschleunigungsarbeit verrichtet worden ist.
Woher stammt dann die Energie?
Ähnliches beobachtet man bei Swing-By-Manövern in der Raumfahrt. Dort soll angeblich die Energie aus dem Feld des Planeten ( z.B. Venus) stammen und sich die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten verändern. Klingt glaubwürdig, aber ist wohl nicht nachprüfbar.
Hat einer von Euch eine Idee?
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