Kugel im Plattenkondensator < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 11:53 So 08.03.2009 | | Autor: | sardelka |
| Aufgabe | Zwei kreisförmige Metallplatten mit dem Radius r=30cm, die parallel im Abstand d=10cm angeordnet sind, bilden einen Plattenkondensator. In der Mitte zwischen den Platten hängt an einem isolierten Faden(l=1,2m) eine kleine geladene Metallkugel(m=0,25g).
1). ...
Legt man an den Kondensator eine Spannung U=2,0kV an, so wird die Kugel horizontal um [mm] \Delta [/mm] x=40cm aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Influenzeffekte sollen nicht berücksichtigt werden, das Feld im Inneren des Kondensators darf als homogen angenommen werden.
2). ...
3). ...
4). ...
5). Nun wird der Faden durchtrennt. ...
Die geladene Metallkugel wird anschließend wieder an den Faden gehängt, doch anstelle der Gleichspannung wird einer Wechselspannung an die Kondensatorplatten angelegt.
6). Welche Beobachtungen sind jeweils zu erwarten, wenn die angelegte Spannung beginnen bei sehr niedrigen Frequenzen über die Eigenfrequenz des Pendels bis zu sehr hohen Frequenz variiert wird? Begründen sie Ihre Antwort ausführlich. |
Hallo,
wir lernen gerade schon etwas für unser Abi und sollen nun die Aufgabe lösen.
Ich wollte um Hilfe bitten, bei Aufgabe 6)., weil ich das ausführlich nicht kann. :(
Also ich habe folgendes hingeschrieben:
Bei einer Wechselspannung wechselt sich die Ladung an der jeweiligen Platte regelmäßig.
Ist die Frequenz niedrig, so bewegt sich die Pendel mit relativ hoher Amplitude.
Erhöht man die Frequenz bis zur Eigenfrequenz der Metallkugel, so kann es zu einer Resonanzkatastrophe führen. Der Lehrer meinte, dass es in diesem Fall sehr unwahrscheinlich sein wird, warum, kann ich leider selbst nicht beantworten.
Hier ist die Amplitude am größten.
Bei einer sehr hohen Frequenz nimmt die Amplitude rapide ab, da die Metallkugel nicht ausreichend Zeit hat weit nach rechts bzw. links zu pendeln.
Durch das Pendeln wird kinetische Energie erzeugt. Auch hier hätte ich gerne eine Begründung, wo es am meisten Energie erzeugt wird, die ich selbst nicht geben kann. :(
Wäre für Hilfe sehr dankbar.
Mit freundlichen Grüße
sardelka
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 15:29 So 08.03.2009 | | Autor: | leduart |
Hallo
1.Bei sehr langsamer Frequenz wird es weit, aber nie so weit wie bei der gleichen Gleichspannung ausschlagen. Die Kugel nimmt ein Stueck weit Energie aus dem Feld auf, wird aber dann auch wieder im falschen Moment gebremst.
(bei deinen angaben muss was falsch sein, 40cm x auslenkung in nem Kond mit nur 10 cm plattenabstand geht nicht.
wenn man sich der (ja langsamen eigenfrequenz mit [mm] T=2\pi*\wurzel{0.12}s [/mm] naehert, seh ich nicht warum es nicht beliebig stark auschlagen sollte also wie du sagst Resonanz, denn die Luftreibung ist bei so kleinen v noch klein. In Wirklichkeit wird die Kugel wohl gegen die Kond. Platten titschen und umgeladen werden, ab dann tischt sie einfach dazwischen hin und her!
Bei jedem mal kann sie dabei Energie aufnehmen.
beim Erhoehen der frequenz wird die amplitude immer kleiner, bis sie nur noch an einer Stelle zittert.
Sie nimmt immer noch Energie auf, denn sonst wuerde sie ja sich (wegen der Reibung nicht mehr bewegen) Aber sie wird fast so lange gebremst wie beschleunigt.
die Energie die sie aufnimmt, kommt aus dem el. Feld , wird also eigentlich von der Spannungsquelle geliefert. Koennte man sehr genau messen, wuerde man das am Strom zum Kondensator merken. (Hierfuer kann man die Influenz nicht mehr vernachlaessigen, sonst kann man die Uebertragung von energie nicht erklaeren.)
Ich hoffe es ist ein wenig klarer. wenn ihr Resonanz und Schwingungen in irgend einem anderen System behandelt habt, kann man das alles einfach uebertragen. Insbesondere die Phasenbeziehung zwischen schwingender Kugel und aeusserem Feld.
gruss leduart
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