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Manu
Anmeldungsdatum: 29.06.2011
Beiträge: 1
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 Manu Verfasst am: 29. Jun 2011 18:22 Titel: Bewegte Ladungen im Leiter |
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Meine Frage:
Hallo!
Ich habe ein Problem mit folgender Aufgabe, vielleicht kann mir da ja jemand helfen.
In einem Leiter, d.h. einem geeigneten Medium längs der z-Achse mit vernachlässigbar kleinem Durchmesser, bewegen sich negative Ladungen mit v = 2 * 10^4 m/s in positive z-Richtung Linienladungsdichte lambda=0,1As/cm
- welche Stromstärke beschreibt den Ladungsfluss?
- Größe der Kraft, die auf eine, 1cm entfernte, ruhende Ladung q2= 1C wirkt
- Größe der Kraft, die auf eine im Abstand von 1 cm sich mitbewegende Ladung von 1C wirkt
Meine Ideen:
Für die Stromstärke habe ich einfach die Geschwindigkeit mit der Linienladungsdichte multipliziert: I=10 C/m * 2*10^4m/s = 2*10^5A
und ich denke auch den 2. Teil der Aufgabe habe ich mit dem Coulombgesetz korrekt gelöst: F=1/(4pi*epsilon0)*q(elektron)*1C/(0,01m)^2=1,44*10^-5N
Für den letzten Teil der Aufgabe mit der sich mitbewegernden Ladung habe ich allerdings keine Idee, der Abstand wäre doch immer der selbe, spielt dann die Geschwindigkeit trotzdem eine Rolle?
Danke schonmal für eure Hilfe! |
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 29. Jun 2011 20:46 Titel: |
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und die magnetische Kraft ??
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2903
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 30. Jun 2011 07:08 Titel: Re: Bewegte Ladungen im Leiter |
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| Manu hat Folgendes geschrieben: | - Größe der Kraft, die auf eine, 1cm entfernte, ruhende Ladung q2= 1C wirkt
- Größe der Kraft, die auf eine im Abstand von 1 cm sich mitbewegende Ladung von 1C wirkt
Meine Ideen: den 2. Teil der Aufgabe habe ich mit dem Coulombgesetz korrekt gelöst: F=1/(4pi*epsilon0)*q(elektron)*1C/(0,01m)^2=1,44*10^-5N
Für den letzten Teil der Aufgabe mit der sich mitbewegernden Ladung habe ich allerdings keine Idee, der Abstand wäre doch immer der selbe, spielt dann die Geschwindigkeit trotzdem eine Rolle? |
Dein letzter Satz sollte Dir zu denken geben - es muss also etwas mit der Geschwindigkeit zu tun haben.
Bei der Frage 'Größe der Kraft, die auf eine, 1cm entfernte, ruhende Ladung q2= 1C wirkt'
habe ich deine Formel für die Kraft nicht verstanden, sieht aus wie die für zwei punktförmige Ladungen. Außerdem haste die positiven Atomrümpfe im Linienleiter vergessen, die kompensieren die fließenden Elektronen bis auf die Lorentzkontraktion:
Aus den bewegten Elektronen resultiert die Ladungsdichte
Abstoßende Kraft auf Q=1C:
Etwas viel, aber 1C ist auch eine völlig undenkbare Ladung in 1cm Abstand. Es gäbe sicher einen Überschlag oder die punktförmige Ladung 1C würde mit ungeheurer Gewalt explodieren.
Größe der Kraft, die auf eine im Abstand von 1 cm sich mitbewegende Ladung von 1C wirkt
Gleiche Kraft, aber anziehend, da nun (von der Ladung aus gesehen) die positiven AtomRümpfe kontrahieren.
@schnudl
Der Strom 200kA hat natürlich ein magnetisches Feld - aber die Ladung Q ruht doch. Woher kommt die Kraft?
Bei bewegter Ladung ist es klar:
Ich habe diese relativistischdynamische Erklärung des Magnetfeldes anscheinend immer noch nicht so richtig begriffen.
Könntest Du das bitte erläutern?
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ
Zuletzt bearbeitet von isi1 am 30. Jun 2011 09:30, insgesamt einmal bearbeitet |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 30. Jun 2011 08:45 Titel: |
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Weiß nicht, ob es hier etwas hilft, aber die Feldgrößen sind abhängig vom Beobachter, ob er sich meinetwegen bezüglich der Ladung bewegt oder nicht. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 30. Jun 2011 08:54 Titel: |
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Als Ingenieur bin ich geneigt, dieser Aufgabe keine weitere Beachtung zu schenken. Sie ist so unrealistisch wie nur irgendwas. Eine Elektronengeschwindigkeit in einem Leiter von 10^4m/s verglichen mit der in der Realität möglichen Geschwindigkeit von einigen mm/s bis maximal ein paar cm/s ist überhaupt nicht vorstellbar. Genauso wenig wie eine Ladung von 1C, wie isi1 bereits festgestellt hat. |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2903
Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 30. Jun 2011 09:21 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Als Ingenieur bin ich geneigt.. |
Vielleicht als Supraleiter, denn ein Leiter würde augenblicklich verdampfen.
200kA bei 10km/s und 8.8*10^22 Cu-Atome/cm³ --> 14MA/mm²
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
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| schnudl Verfasst am: 30. Jun 2011 14:25 Titel: Re: Bewegte Ladungen im Leiter |
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| isi1 hat Folgendes geschrieben: | | Der Strom 200kA hat natürlich ein magnetisches Feld - aber die Ladung Q ruht doch. Woher kommt die Kraft? |
Im Laborsystem gibt es ein magnetisches Feld B. Transformiert man dieses (eigentlich den elektromagnetischen Feldstärketensor) in das Ruhesystem der Ladungen, so ergibt dies wieder ein magnetisches Feld, aber eben auch ein elektrisches Feld, welches im Laborsystem nicht existiert:
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrodynamik#Elektrodynamik_und_Relativit.C3.A4tstheorie
Das meinte ich damit. Natürlich kann man es auch über die Längenkontraktion erklären, allerdings ist die Feldtransformation fundamental und nicht an Ladungsträger gebunden.
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
Zuletzt bearbeitet von schnudl am 30. Jun 2011 17:32, insgesamt 2-mal bearbeitet |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2903
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| isi1 Verfasst am: 30. Jun 2011 16:17 Titel: Re: Bewegte Ladungen im Leiter |
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| schnudl hat Folgendes geschrieben: | | ...allerdings ist die Feldtransformation fundamental und nicht an Ladungsträger gebunden. |
Vielen Dank, schnudl,
allerdings erhalte ich im Ruhesystem wegen der Lorentzkontraktion der sich schnell bewegenden Elektronen eine Kraft auf die Ladung.
Mit der üblichen Rechnung erhalte ich zwar ein H und B=µ0*H, aber die ruhende Ladung kümmert das überhaupt nicht.
Also muss mir doch bei einer der beiden Berechnungen einen Fehler unterlaufen sein. Aber wo?
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
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| schnudl Verfasst am: 30. Jun 2011 17:16 Titel: |
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Wieso ein Fehler? Im Ruhesystem gibt es das E', welches auf darin ruhende Ladungen eine Kraft auswirkt. Das ist ja genau jene Kraft, die du durch Längenkontraktion herleiten konntest! Beide Methoden müssen ja schließlich konsistente Ergebnisse liefern.
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