Ladung (Buch, Artikel ect.) < Elektrotechnik < Ingenieurwiss. < Vorhilfe
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(Frage) reagiert/warte auf Reaktion  | | Datum: | 22:39 Fr 23.10.2015 | | Autor: | Fl4shM4k3r |
Hallo,
ich stecke mitten im elektrotechnik Studium. Aktuell sind wir beim Thema Elektrische Ladung. Es geht also um Punkt-, Linien-, Flächen-,....ladungen, Hüllintegral, Berechnung von Kondensatoren verschiedener Formen und so weiter und so fort.
Das Problem ist aber, dass ich aus der Vorlesung überhaupt garnichts mitnehmen kann. Für meine Auffassung ist der Dozent einfach absolut ungeeignet und kann nicht richtig erklären. Ich habe mich auch bei anderen Umgehört und denen geht es damit ähnlich wie mir...
Nunja wie dem auch sei, fakt ist, dass die Vorlesung für mich unbrauchbar ist, aber dennoch eine Klausur am Ende des Semesters auf mich zukommen wird.
Jetzt die Frage an euch:
Kennt ihr irgendein/e Buch, Internetseite,... wo die oben beschriebene Thematik gut und vorallem in entsprechendem Umfang erklärt wird?
Das meiste was zu finden ist, kratzt nur ein wenig an der Oberfläche, was aber für das Studium zu wenig ist.
Ich bin für alle Ratschläge dankbar!
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 11:39 Sa 24.10.2015 | | Autor: | Infinit |
Hallo,
ich befürchte, dass Dir hier ad hoc keiner so richtig weiterhelfen kann, denn es ist absolut offen, wo Du die Schwierigkeiten hast. Ist es das physikalische Verständnis, ist es die Mathematik dazu, die bei diesen Aufgaben in der Elektrostatik meist durch Integrale jedweder Form geprägt ist und wozu man häufig auch eine gewisse geometrische Vorstellungskraft benötigt. Kommt die Vorlesung aus der Feldtheorie heraus oder nähert sie sich der Elektrostatik auf dem klassischen physikalischen Weg über Ladungen und Spannungen?
Mein Vorschlag ist, dass Du hier einfach mal eine Aufgabe einstellst, zusammen mit Deinen Überlegungen und dann schauen wir mal gemeinsam, wo es hapert.
Etliche Aufgaben findest Du aber auch hier im Forum, teilweise unter der Elektrotechnik, teilweise als Teil der Physik.
Viele Grüße,
Infinit
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| Aufgabe | Zylinderkondensator:
bekannt sind:
innerer Elektrodenradius r1
äußerer Elektrodenradius r2
l,U
Berechnen Sie die Kapazität |
Ich denke es fehlt an physikalischem Verständnis. Die Integrale zu lösen ist kein Problem für mich. Also mit der Mathematik komme ich größtenteils klar. Was bei mir immer Fragen aufwirft sind eher die physikalischen Zusammenhänge. In der Vorlesung heißt es dann immer nur "E bleibt konstant und dann können wir hier D berechnen, das Integral E*ds gibt null, jetzt müssen wir hier eine geeignete Hülle finden und das Hüllintegral aufstellen" und ich versteh nur Bahnhof.
Eine der letzen Aufgaben sieht dann z.B. aus wie die obige und ich habe keinen schimmer wie ich überhaupt da rangehen soll. Deshalb auch kein Ansatz von mir.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 18:45 Sa 24.10.2015 | | Autor: | Infinit |
Hallo,
bei solchen Aufgaben habe ich mir immer erst mal eine Skizze gemacht, das hilft dann häufig beim weiteren Vorgehen.
Wenn man auf die Querschnittsfläche dieses Kondensators schaut, so sieht man die beiden Elektroden. Auf der inneren Elektrode möge sich die Ladung Q befinden. Da diese Elektrode ideal leitet stehen das D- bzw- das E-Feld senkrecht auf der Oberfläche der Innenelektrode und da auch die Außenelektrode ideal ist (sein soll), enden dort die Feldlinien auch wieder senkrecht auf der Oberfläche dieser Außenelektrode. Da außerhalb kein Feld existiert, befindet sich demzufolge die Ladung -Q auf der Außenelektrode.
Ich habe dies hier mal skizziert:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Jetzt beginnt die Physik.
Das Hüllintegral über die Länge des Kondensators ergibt gerade die eingeschlossene Ladungsmenge, die ich hier mal Q genannt habe. In einem Abstand r, der zwischen r1 und r2 liegt, bekommt man dann
[mm] \int \vec{D} \cdot d\vec{A} = D 2 \pi r l = Q [/mm]
[mm] 2 \pi r l [/mm] ist gerade die Mantelfläche eines Zylinders. Jetzt sollte man die Definition der Kapazität kennen als ein einfaches
[mm] C = \bruch{Q}{U} [/mm]
Da taucht doch einiges auf, was wir weiter benutzen können.
Ein Linienintegral verbindet die elektrische Feldstärke E mit der Spannung U und der Unterschied zwischen E und D liegt gerade in der Dielektrizätskonstanten [mm] \epsilon_0 [/mm].
Da lässt sich was daraus machen:
[mm] D = \epsilon_0 E [/mm] nach E umgestellt liefert also
[mm] E = \bruch{Q}{2 \pi \epsilon_0 l r}[/mm]
Integriert man nun entlang einer Feldlinie zwischen den Radien r1 und r2, bekommt man gerade die zwischen beiden Elektroden anliegende Spannung als Ergebnis.
[mm] U = \int_{r_1}^{r_2} E dr [/mm] und eingesetzt ergibt das
[mm] U = \int_{r_1}^{r_2} \bruch{Q}{2 \pi \epsilon_0 l}\bruch{dr}{r} = \bruch{Q}{2 \pi \epsilon_0 l}\ln (\bruch{r_2}{r_1}) [/mm]
Juppheidi, jetzt haben wir die Lösung, denn man braucht nur noch diese Spannung in die obige Gleichung für die Kapazität einsetzen und schon haben wir gewonnen.
[mm] C = \bruch{Q}{U} = \bruch{2 \pi \epsilon_0 l}{\ln(\bruch{r_2}{r_1} )[/mm]
So ähnlich lassen sich fast alle Aufgaben aus der Elektrostatik lösen.
Probiere es mal aus, und denke an die Skizze.
Viele Grüße,
Infinit
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
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