2 Fragen zu Elektrotechnik

Aufrufe: 461     Aktiv: 09.08.2022 um 19:51

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Habe jeweils zwei unabhängige Fragen zur Elektrotechnik.

1 Frage: Ist folgende Idee zur untenstehende Aufgabe korrekt?
Zuerst würde ich y als x ausdrücken, sprich y = 8-x (damit nur noch 1 Variable)
Damit ein Gleichgewicht herrscht, muss die Coulombkraft von Q1 zu q gleich sein wie von Q2 zu q. 
Demnach würde ich dann entsprechend gleichsetzen und nach x auflösen. 
Leider habe ich bei meiner Rechnung zwei Lösungen erhalten, welche beide nicht stimmen können. (einmal war das Resultat negativ und einmal grösser als 8). 


2. Frage: 
Hier hatte ich Mühe, da ich die Formel Uab = Wab / q überhaupt nicht kannte. 
Ich habe an einen Stromkreis gedacht, wenn der Voltmeter eine Spannung anzeigt, gibt es dazwischen einen Widerstand, sprich einen Spannungsabfall? Hier geht es glaube ich um was anderes. 
Wenn ich q * Uab rechne (beides gegeben), erhalte ich Wab. Komischerweise benötige ich die Informationen mit den Abständen gar nicht? Spielt der Weg für die Arbeit keine Rolle?

EDIT vom 05.08.2022 um 23:38:

wie im Kommentar erwähnt:
ähnliche Aufgabe:


Noch die erwähnte Formel mit Kontext:
Steht "E" nur für Energieunterschied, dann wäre es das gleiche, wenn ich einfach Wab=Uab*q rechne? Sprich die Formel der Spannung umgeformt? Dann hätte sich meine Frage erübrigt. Dachte zuerst, E muss für die elektrische Feldstärke stehen, aber dann würde wahrscheinlich der Vektorpfeil darüber stehen...
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Die gesamte Aufgabenstellung der 1. Aufgabe ist irreführend, denn das Resultat hängt weder von q noch vom Abstand der Ladungen ab. Das Ergebnis ist immer \( x/y =\sqrt{Q_1/Q_2} \). Das folgt aus \(qQ_1/x^2=qQ_2/y^2\)   ─   professorrs 09.08.2022 um 19:25
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1 Antwort
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Zu deiner 1. Frage:
Deine Idee, y = 8-x zu setzen ist zwar prinzipiell gut, aber komplizierter als nötig. Setze einfach die beiden Coulombkräfte gleich und beachte stattdessen den Hinweis aus dem Text, dass du \(\frac{x}{y}\) berechnen sollst. Damit bekommst du einen sehr einfachen Ausdruck :-) In deiner bisherigen Rechung hast du wahrscheinlich einen Vorzeichenfehler gemacht.

Zu deiner 2. Frage:
Wie du schon sagst, geht es hier nicht um Stromkreise. Du musst wissen, dass eine Spannung dasselbe ist wie eine Potentialdifferenz \(U = \Phi_1 - \Phi_2\) zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld. Berechne also das Coulombpotential der Ladung Q in 1,5 m und in 3 m Entfernung.

Das Thema dieser Aufgaben nennt sich Elektrostatik. Das ist die Lehre von zeitlich konstanten elektrischen Feldern. Elektrotechnik nennt man dagegen die Ingenieurswissenschaft, die sich mit elektrischen Schaltungen und Geräten befasst.
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Danke für die Antwort! Die erste Aufgabe konnte ich nun leicht lösen. :)

Zu 2: Meinst du mit Coulombpotential, dass ich die Coulombkraft von Q zu P1 berechne und dann von Q zu P2, und dann die Differenz? Habe gerade im Skript eine ähnliche Aufgabe gefunden, poste sie gleich als EDIT.
Zudem habe ich noch die Formel E = U * Q im Skript entdeckt, verstehe jedoch nicht, wie diese zusammengesetzt ist? Da E und Q bereits in der Formel der Elektrischen Feldstärke vorhanden sind... (poste es auch als EDIT).

Danke für die Aufklärung bezüglich des Begriffs. Ich dachte, dass Elektrotechnik der Überbegriff ist für Elektrostatik und Elektrodynamik (unsere Schulthemen). Dann wäre der Begriff Elektrizitätslehre besser für die beides zusammen? Könnte man allgemein sagen, dass es bei Elektrostatik um Ladungen geht und Elektrodynamik um Stromkreise?
  ─   nas17 05.08.2022 um 23:32

Zu 2: Berechne das Coulombpotential. Das ist etwas anderes als die Coulombkraft. Schau in deinen Unterlagen nach, was ein Potential ist. Es gibt eine eigene Formel dafür.

Achtung: In der Formel E = U * Q bedeutet E die Feldenergie, die oft auch mit W abgekürzt wird. Nicht zu verwechseln mit der elektrischen Feldstärke, die ebenfalls mit E abgekürzt wird! Achte bei Formeln immer auf den Kontext, was die Größen bedeuten.

In der Elektrostatik geht es um zeitlich konstante elektrische Felder. In der Elektrodynamik geht es um zeitlich veränderliche elektrische Felder und Magnetfelder. Der Oberbegriff von beiden ist die Elektrizitätslehre.
  ─   stefriegel 06.08.2022 um 09:22

In meinem Formelbuch "Fundamentum" habe ich nichts dazu gefunden. Jedoch im grösseren Formelbuch "Formeln, Tabellen, Begriffe" steht eine Formel für Potenzial. Meinst du diese mit dem Integral?   ─   nas17 09.08.2022 um 15:03

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Du benötigst kein Integral dafür. Es gibt eine einfache fertige Formel für das Potenzial eine Punktladung: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrisches_Potential#Elektrisches_Potential_einer_Punktladung
Die Formel sieht der Formel für die Coulombkraft sehr ähnlich.
  ─   stefriegel 09.08.2022 um 15:27

Coole Formel! Diese ist perfekt für die Aufgabe, muss nicht mal umgeformt werden. :)
Gemäss meinem Lehrers muss ich Formeln, welche nicht im Buch stehen, herleiten können.
Kann ich diese Formel aus der Formel für die Coulombkraft herleiten?
  ─   nas17 09.08.2022 um 17:44

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Eigentlich sollte in jedem guten Physikbuch das Potenzial erklärt werden. Schau nochmal gut nach!
Ansonsten kannst du die Formel aus der Coulombkraft herleiten, indem du die Kraft über den Weg integrierst und durch Q teilst: \(\Phi = \frac{1}{Q} \int F\cdot dr\)
  ─   stefriegel 09.08.2022 um 19:43

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Habe sie nun im grösseren Formelbuch gefunden, unter "Potential im Feld einer Punktladung".
Nun weiss ich, dass ich für die Prüfung sicher das grössere Formelbuch benötige. :D
  ─   nas17 09.08.2022 um 19:51

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