[Physik] Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld?
Guten Tag,
ich habe noch ein paar Fragen zum Thema „Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld“ und freue mich sehr auf eure ausführlichen und leicht verständlichen Antworten.
- a): Was versteht man überhaupt unter der Coulombkraft? Hierfür würde ich mit gerne eine leicht verständliche Definition aufschrieben.
- a): Die Coulombkraft berechnet man ja mit Fc = q * E. In diesem Fall ist die Ladung q ja ein Elektron. Also folgt darauf Fc = e * E. Aber nun mein großes Problem: Wieso wurde hier bei a) für das „e“ 1,6 * 10^(-15) C geschrieben? Woher kommt die Einheit Coulomb für das „e“?
- a): Und wieso kann ich für das „e“ nicht im Taschenrechner unter „constants“ „me (ElectrnMass)“ nehmen? Wieso ist me (ElectrnMass) = 9,11 * 10^(-31) und somit ungleich 1,6 * 10^(-15)? Ich dachte, dass das e die Masse des Elektrons ist. Ich würde mich über eine ganz genaue Erklärung hinsichtlich dem Unterschied zwischen „e“ und „me“ sehr freuen.
- a): Wäre im Schaubild hier nicht ein Elektron, sondern ein Proton, abgebildet, was würde man dann zur Berechnung der Coulombkraft schreiben? Fc = q * E = … Wozu würde nun das q werden, wenn beim Schaubild ein Proton abgebildet wäre?
- b): Wieso berechnet man die Beschleunigung a des Elektrons mit a = Fc/me? Wie kommt man darauf? Beim Thema „Bewegungen und Kräfte“ hat man die Beschleunigung a mit a = (Differenz v) / (Differenz t) berechnet. Aber wie kommt man hier nun auf a = Fc / me? Über eine genaue Erklärung würde ich mich sehr freuen.
1 Antwort
Was versteht man überhaupt unter der Coulombkraft?
Mit der Coulombkraft werden die Kräfte, die bei geladenen Teilchen wirken, beschrieben. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, während ungleichnamige Ladungen sich anziehen. Diese Kräfte sind abhängig von der Ladung sowie den Abständen.
In diesem Fall ist die Ladung q ja ein Elektron. Also folgt darauf Fc = e * E. Aber nun mein großes Problem: Wieso wurde hier bei a) für das „e“ 1,6 * 10^(-15) C geschrieben? Woher kommt die Einheit Coulomb für das „e“?
Mit e wird die Elementarladung beschrieben. Das ist die kleinstmögliche Ladung, die ein Teilchen haben kann (deswegen Elementar). Ein Elektron hat als Betrag genau diese elementare Ladung
Ein Proton hat ebenfalls die gleiche Größe als Betrag. Allerdings ist beim Elektron das Vorzeichen ein (-) und beim Proton ein (+).
Die Einheit Coulomb ist
Wie du siehst, hat die Elementarladung e die gleiche Einheit, nämlich:
Und wieso kann ich für das „e“ nicht im Taschenrechner unter „constants“ „me (ElectrnMass)“ nehmen?
Na weil die Masse etwas ganz anderes als die Ladung ist. Warum sollte man das auch anstelle der Ladung nehmen können?
Wäre im Schaubild hier nicht ein Elektron, sondern ein Proton, abgebildet, was würde man dann zur Berechnung der Coulombkraft schreiben? Fc = q * E = … Wozu würde nun das q werden, wenn beim Schaubild ein Proton abgebildet wäre?
Ein Proton hat eine positive Ladung, dementsprechend ergibt sich formeltechnisch nur ein anderes Vorzeichen bei der Elementarladung, doch das wiederum hat Einfluss auf die Kräfte. Das Proton würde nicht in Richtung positive Platte beschleunigt werden, sondern in die andere Richtung. Siehe Coulombkraft.
Wieso berechnet man die Beschleunigung a des Elektrons mit a = Fc/me? Wie kommt man darauf? Beim Thema „Bewegungen und Kräfte“ hat man die Beschleunigung a mit a = (Differenz v) / (Differenz t) berechnet. Aber wie kommt man hier nun auf a = Fc / me? Über eine genaue Erklärung würde ich mich sehr freuen.
Die newtonsche Bewegungsgleichung ist dir sicherlich bewusst:
Diese Gleichung kannst du umstellen und du erhältst:
Diese Beziehung nutzt man auch für geladene Teilchen um deren Beschleunigung zu berechnen. Als Masse ist hierbei die Masse des Teilchen (Naturkonstante bei einem Elektron oder Proton), auf das die Coulombkraft wirkt. Die Coulombkraft wiederum ist u.a. abhängig von der elektrischen Feldstärke E, die du ja aus der Beschreibung gegeben hast. Aus der Aufgabe lernst du, in welchem Maße und in welche Richtung ein Elektron, was in das im Schaubild dargestellte E-Feld eintritt, beschleunigt wird.
Ein Elektron hat eine negative Ladung und daher ist q negativ.
q = - e = - 1,6 * 10^19 C
Damit wird auch die Coulombkraft negativ.
Bei einem Proton beträgt die Ladung:
q = e = 1,6 * 10^19 C
und die resultierende Kraft hat ein positives Vorzeichen.
Durch die unterschiedlichen Vorzeichen der resultierenden Kraft wird die entgege4ngesetzte Richtung der Kraft angegeben. Ein Elektron wird von einer positiv geladenen Platte angezogen, ein Proton wird abgestoßen.
Aber wieso befindet sich bei meinem Aufschrieb kein Minus als Vorzeichen vor „1,6“? Inwiefern hängt damit hier das Vorzeichen im Exponenten zusammen?
Das liegt daran, dass in der Aufgabe "Berechnen Sie den Betrag der Kraft" steht. Bei Beträgen sind die Vorzeichen uninteressant.
Gleichzeitig wird aber ein Satz vorher nach der Richtung der Kraft gefragt, sodass sich diese fehlende Information dadurch ergänzt.
Mathematisch korrekter wäre es aber, wenn man bei dem Buchstaben F und e die Betragsstriche benutzt hätte.
Und Hamburger02 hat ja in seinem Kommentar ^19 und nicht ^-19 geschrieben, schreibt man immer ^-19?
hat ja in seinem Kommentar ^19 und nicht ^-19 geschrieben,
Schreibfehler....mit hoch +19 würde ja die Kraft eines Elektrons alles andere auf Erden zerreißen.
In meiner Formelsammlung steht „Elementarladung e“. Und das sind ja die 1,6 * 10^-19 C. Aber das verwendet man nur bei Elektronen? Und bei Protonen? Bei Elektronen schreibt man ja bei Fc = q * E = e * E. Das „q“ wird also zu einem „e“. Und das entspricht hier dann nicht der Elementarladung „e“? Denn beim Elektron muss es ja dann „- 1,6 * 10^-19 C“ sein, oder? Und was schreibt man bei Protonen? Wird es dann zu Fc = q * E = p * E? Also ein „p“ für Proton? Oder wie? Und dank schreibt man für „p“ die Elementarladung „e“?
"Q" oder "q" ist ein Sammelbuchstabe für ein ganzzahliges Vielfaches n an Elementarladungen.
q = n * e
Mit q drückst du also aus, wie viele Elementarladungen ein Teilchen hat. Ein Teilchen kann unterschiedliche Mengen an positive und negative Elementarladungen haben. Aus der Summe dieser Mengen ergibt sich schlussendlich das resultierende Vorzeichen für q. Wenn q negativ ist, dann weisst du, dass in der betrachteten Ladung ein Elektronenüberschuss besteht. Ergo ist diese Ladung negativ geladen. Bei einem positiven Vorzeichen besteht ein Elektronenmangel bzw. ein Protonenüberschuss. Bei q = 0 ist die Anzahl an positiv und negativ geladenen Teilchen gleich, sodass wir dann keine Polarität haben, sprich neutral.
Zu welchem Buchstaben würde das q hier werden bei einem Proton? Also zu was würde Fc = q * E werden, wäre ein Proton im Schaubild abgebildet? Ist dann der Exponent positiv? Oder welches Vorzeichen meintest du, welches sich ändert?