Maximale Ladungsträger aus Energie eines Strahls berechnen

Dunkler · Anmeldungsdatum: 15.03.2014 Beiträge: 67

Guten Tag.

Aufgabe:
„Damit die Materialprobe nicht zerstört wird,
darf der Protonenstrahl maximal 0,05 Joule pro Sekunde auf die Probe übertragen.
Berechnen Sie die maximale Protonenzahl pro Sekunde und die maximale Stromstärke des Strahls.“

Gegeben:
Die Energie die der Protonenstrahl hat, bzw. die Energie die bei der Beschleunigung hineingesteckt wurde (s.u.).

Lösung:

Problem:
Wie kommt man zu der Formel mit „n“?
Kann mir das bitte jemand erklären?

So etwas habe ich jetzt das ganze Schuljahr nicht gesehen,
aber bei einer Prüfungs von 2013er war es dabei ... toll.

Mit freundlichen Grüßen
Dunkler

break · Gast

Weis keiner was ? Wuerd mich auch intere
sieren

Namenloser324 · Gast

Offenkundig hast du nicht alle gegebenen Werte mit angegeben (denn die Spannung scheint ja gegeben gewesen zu sein).

Zunächst ist die Formel W = s*U*Q falsch. Soll es vielleicht W = U*Q heißen?
Q*U ist die Arbeit die eine Ladung leistet die sich durch die Potentialdifferenz U bewegt. (analog zu einer Masse die du gegen/mit der Schwerkraft bewegst)

Zuerst wurde die Arbeit eines Protons berechnet, daher Q = 1.602*10^-19 C.
Dann wurde die Forderung, dass die Energie pro Sekunde nicht größer als 0.05 J umfassen soll umgesetzt.
Die Gesamtenergie ergibt sich ja dann durch die Einzelenergien aller genutzten Protonen ->
n*Energie_Proton = 0.05 J, wobei n die Zahl der Protonen ist die pro Sekunde durch die "Gegend" fliegt.

-> n = 0.05J/Energie_Proton = 0.05J/(Q*U)

Nächste Aufgabe:
Für einen sich zeitlich nicht ändernden Strom gilt I = Q/t.

Q ist in diesem Aufgabenteil gerade die n*e, also das n aus der vorherigen Aufgabe multipliziert mit der Ladung eines Protons, denn n*e ist ja gerade die Ladung die pro Sekunde transportiert wird.
t ist identisch 1 Sekunde, denn das ist ja gerade der Zeitraum den wir betrachten.

Einsetzen liefert die gegebene Lösung.