Fysik

Homogent elektrisk felt

28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

En pladekapacitor anbringes vandret i tyngdefeltet (+ øverst, - nederst). Der er vacuum mellem pladerne, og pladeafstanden er 9,0mm. Spændingsforskellen mellm pladerne er 450 V.

a) Find den elektriske feltstyrke mellem pladerne.

E = U/d = 450V/0,009m = 50kV/m

En meget lille plastickugle med massen 2,0*10^-6 kg og med ladningen Q holder sig svævende nøjagtigt midt mellem pladerne.

b) Find plastickuglens ladning Q.

F = m*g = E*Q <=> Q = m*g/E = 3,93*10^-10C

Spændingsforskellen ændres nu momentant til 400 V.

c) Angiv, hvilken plade kuglen accelereres mod, og find den fart, hvormed kuglen rammer pladen.

Jeg er lidt i tvivl ved dette spørgsmål. Synes ikke rigtigt vi har lært noget med at have en fart indblandet, med mindre man ska regne partiklens potentielle energi ud og derefter beregne en fart, udfra energibevarelse..?

Brugbart svar (0)

Svar #1
28. november 2004 af KemiKasper (Slettet)

Du kan bruge at den kinetiske energi kuglen får er givet ved E_kin = qU. Derefter er hastigheden givet ved:
v = sqrt(2qU/m)

Svar #2
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

www.footballworld.dk/studi.jpg - ser det rigtigt ud..?

Jeg mangler stadig at forklare hvilken plade den rammer, men det er vel den nederste, da partiklen er positivt ladet og derfor vil tiltrækkes af minus-pladen. Eller hvad.?

Svar #3
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

http://www.footballworld.dk/studi.jpg -således...

#2 Hmmm.. Den synes jeg sgu ikke jeg har set før. Hvorfor står det ikke i mit kompendie.

Svar #4
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

#1 har nu prøvet din metode.

http://www.footballworld.dk/studi.jpg

Du er sikker på at du har ret..? :D

Og er det ikke sandt at den rammer minus-pladen..?

Brugbart svar (0)

Svar #5
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

Kommentarer til indlægget:

a) Enig.
b) Jeg savner lidt argumentation her. Du gør ikke rede for fortegnet af plastkuglens ladning og kommer derfor til at anføre et forkert resultat. Som opgave b) er stillet ifølge indlægget, spørges der om ladningen (dvs. MED fortegn!). Husk at skelne mellem ladningen og størrelsen af ladningen. Førstnævnte er ALTID med fortegn!

Den må være negativ, siden den elektriske feltkraft nødvendigvis skal være rettet opad (mod +) for at balancere tyngdekraften. Derfor er

Q = -3.9*10^(-10)C (2 betydende cifre)

det korrekte svar.

c) Spændingsforskellen reduceres momentant til 400V. Her er et par hints:

Hvad betyder det for den elektriske feltkraft? Hvilken af kapacitorpladerne rammer kuglen?

Hvilken sammenhæng er der mellem den resulterende krafts arbejde og kuglens kinetiske energi? Bemærk, at over en så kort afstand i tyngdefeltet kan tyngdekraften anses for konstant.

//Singularity

Svar #6
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

#5

b) Havde jeg egentlig ikke lige tænkt over. Ville det være forkert at sætte et minus foran g i min udregning, og forklare det ved at tyngdekraften trak partiklen i den negative retning, og derfor vil Q også blive negativ for at blive trukket samme F-størrelse opad, og derved balancere mellem pladerne?

c) Hvis U reduceres, reduceres E også, og når E reduceres, bliver Q større, hvilket må betyde at den faktisk rammer +-pladen.

Svar #7
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

v = 0,4m/s - det er rigtigt ikke..?

Brugbart svar (0)

Svar #8
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#6:

b) Du vælger selv, hvilken retning du vil regne som positiv, resultatet er det samme. Ladningen er negativ pga. retningen af feltkraften (mod +).

c) Nej - det er ikke korrekt. Kuglens ladning ændres IKKE ved at reducere spændingsfaldet. Den elektriske feltkraft bliver derimod reduceret, så tyngdekraften er størst. Så

"Plastkuglen vil accelereres mod den negative plade."

//Singularity

Brugbart svar (0)

Svar #9
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#1: Jeg tror ikke, vi er helt enige. Så vidt jeg kan se, kan gravitationen IKKE ignoreres. Det er den resulterende krafts arbejde, som bliver afgørende for kuglens kinetiske energi. Det kan jeg ikke se, at du tager højde for i den udregning. I øvrigt er den elektriske feltkraft modsat rettet accelerationsretningen.

//Singularity

Svar #10
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

#6

Ahhh, clever..! Egentlig meget simpel tankegang..

http://www.footballworld.dk/studi.jpg

Så opgaven er rigtig nu.? Også med hensyn til farten..?

Svar #11
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

#9 Jeg mener faktisk at ku huske nu når jeg tænker mig om at min lærer faktisk sagde at man skulle beregne noget kraft i c'eren..

Måske man skal beregne partiklens E_pot for tyngdekraften og trække den elektriske E_pot fra. Og så derefter beregne v, udfra energibevarelse..??

Brugbart svar (0)

Svar #12
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#10: Nej - jeg kan ikke se, at du tager højde for gravitationens (tyngdekraftens) arbejde. Den resulterende kraft i bevægelsen

Fres = Ft-Fe

hvor Fe er størrelsen af den elektriske feltkraft. Fres er KONSTANT i hele bevægelsen. Som du regner opgaven, jf. metoden i #1, mener du, at kuglens ændring i kinetisk energi alene skyldes spændingsfaldet 400V. Men det er som bekendt ikke korrekt! Det er slet ikke det elektriske felt, som accelererer kuglen - den elektriske feltkraft er modsat rettet accelerationsretningen.

Den resulterende krafts arbejde er bestemmende for kuglens tilvækst i potentiel energi. Så opgaven er en anelse sværere, end du antager.

//Singularity

Brugbart svar (0)

Svar #13
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#12: Jeg mener naturligvis ikke tilvækst i potentiel energi!

Potentiel energi -> kinetisk energi.

//Singularity

Brugbart svar (0)

Svar #14
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#11: Måske er du kørt fast? I så fald kommer her et lille hint til at finde farten i det sidste spørgsmål. Læs opgaveteksten som leder til spørgsmål b). Hvor er kuglen placeret, inden spændingsfaldet reduceres?

//Singularity

Svar #15
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

Der var lige en frokost der skulle klares, men jeg tager lige en kigger på det nu.. :D

Svar #16
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

#14

Så jeg er inde på det rigtige i #11..?

I så fald har jeg regnet lidt på det, og fundet frem til:

http://www.footballworld.dk/studi.jpg

Brugbart svar (0)

Svar #17
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#16: Du er i høj grad inde på det rigtige i #11 :)

Husk dog enheder i udregningerne!

Du kan være mere specifik. Mit forslag til løsning af sidste del af c);

"Størrelsen af den resulterende kraft i bevægelsen mod den negative plade er

Fres = Ft - Fe

Vi bruger arbejdssætningen [det her er meget vigtigt!], ifølge hvilken den resulterende krafts arbejde ækvivalerer kuglens tilvækst i potentiel energi;

Ares = (Ft - Fe)*delta y = delta Ekin

hvoraf

v = sqrt(2*Ares/m)

Det giver

Ares = (2.0*10^(-6)kg*9.82m/s^2 - 400V*3.9*10^(-10)C/0.009m)*0.0045m = 9.8*10^(-9)J

og dermed

v = sqrt(2*9.8*10^(-9)J/2.0*10(-6)kg) = 0.10 m/s"

Brug alle decimaler i udregningerne på grafregneren og afrund først til passende antal betydende cifre til sidst.

Det er en fordel at anvende arbejdssætningen, da du så slipper for overvejelser vedrørende potentiel energi i de to punkter.

//Singularity

Brugbart svar (0)

Svar #18
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#17: Igen skal jeg beklage, at jeg skriver tilvækst i potentiel energi. Det er naturligvis noget værre vrøvl. Rettelse:

tilvækst i potentiel energi -> tilvækst i kinetisk energi

//Singularity

Svar #19
28. november 2004 af Weeelo (Slettet)

Ok. Takker for hjælpen. Man kan da sige at du er en velformuleret mand! Jeg har sgu ofte problemer med at forklare tingene på en ordentlig måde, selvom jeg godt kan forstå hvordan det hænger sammen..

Brugbart svar (0)

Svar #20
28. november 2004 af Epsilon (Slettet)

#19: Betragt #17 som et vejledende eksempel på, hvordan man kunne gribe sidste del af c) an. Min pointe er, at det i fysikopgaver er væsentligt at argumentere for, hvad man gør, herunder hvilke lovmæssigheder man bruger. Det giver i sidste ende flere point hos censor til eksamen :) fordi du derigennem demonstrerer, at du tænker fysik, inden du regner.

//Singularity

Forrige 1 2 Næste

Der er 24 svar til dette spørgsmål. Der vises 20 svar per side. Spørgsmålet kan besvares på den sidste side. Klik her for at gå til den sidste side.