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Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

146 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Physik, Grundlagen ▪ Abonnieren: Feed E-Mail

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

25.10.2020 um 14:39
Anlaßbezogen fällt mir auch das Paradoxon ein mit der Uhrenumstellung (Sommer-Winterzeit). Wie schnell Leute damit durcheinanderkommen ist immer wieder verblüffend. Oder auch die Problematik beim Programmieren vermeintlich einfacher Schleifen.
Unser Hirn scheint recht "analog" zu sein.


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12.11.2020 um 14:21
@Lupo54
Zitat von Lupo54Lupo54 schrieb am 20.09.2020:Oder das Ohmsche Geseetz.
Das kann auch schon ganz schön die Gehirnwindungen verdrehen:

Man kann das Ohmsche Gesetz so schreiben:

I = \frac{1}{R} \cdot U = G \cdot U


Hierbei ist G der elektrische Leitwert eines diskreten Bauteils. Generell gilt diese Formel aber nur für ideale Bauteile, bei der man das Bauteil als ein diskretes ELement betrachtet (Lumped-Parameter-Modell Link 1 oder Link 2 englisch).

Das ist auch recht intuitiv,legen wir z.B. eine Spannung in eine Richtung an, gehen wir auch davon aus das der Strom in dieselbe Richtung fließt. Strom und Spannug sind parallel. Das muss aber nicht so sein.

Will man die Feld- und Stromverteilung in einem Bauteil genauer bestimmen, verallgemeinert man das Ohmsche Gesetz zu:

E_m = \sigma_{mn} j_n


mit m,n = x,y,z, das heißt die Index laufen über die drei Raumrichtungen. In Materialien die nicht isotrop sind (das heißt, das deren elektrischen EIgenschaften richtungsabhänig sind) kann es sein man legt ein Feld in eine Richtung an und der Strom fließt nicht parallel dazu.
For example, a crystal of graphite consists microscopically of a stack of sheets, and current flows very easily through each sheet, but much less easily from one sheet to the adjacent one.[4] In such cases, the current does not flow in exactly the same direction as the electric field. Thus, the appropriate equations are generalized to the three-dimensional tensor form:
Quelle: Wikipedia: Electrical resistivity and conductivity#Tensor resistivity


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12.11.2020 um 16:12
Zitat von mojorisinmojorisin schrieb:Strom und Spannug sind parallel
Hmm ... keine Ahnung was mit "parallel" in Bezug auf den Elektrischen Strom und die Elektrische Spannung gemeint ist, da fehlt mir das Vorstellungsvermögen.

Im Grunde sagt das Ohmsche Gesetz aus, dass Strom und Spannung sich bei konstantem Widerstand proportional verhalten.

Betrachtet man den Widerstand also als konstant, dann kann man ihn als Proportionalitätskonstante verwenden und eine Formel draus machen:

U = R * I

Der reine Wert von R ist zwar nicht nebensächlich, aber eben nur eine Seite der Medaille. Der Kern des Ohmschen Gesetzes ist jedoch die Konstanz des Elektrischen Widerstandes, aus der sich die oben genannte Formel erst ergibt. Bei nichtlinearen Widerständen gilt diese Beziehung nicht (oder nur bedingt).

Ähnlich wie bei Strom und Spannung verhält es sich bei Energie und Masse. Hier handelt es sich um eine Äquivalenzbeziehung, aus der sich durch hinzuziehen einer Konstante (c2) folgende Formel ergibt:

E = m * c2

Hier sind die entscheidenden Aussagen die Konstanz der LG, sowie die Äquivalenz von Energie und Masse.

Es gibt noch zahlreiche andere Beispiele, wo aus der Beziehung zweier physikalischer Größen und der Hinzunahme einer Konstanten eine Formel abgeleitet wurde.


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12.11.2020 um 22:36
@Peter0167
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Hmm ... keine Ahnung was mit "parallel" in Bezug auf den Elektrischen Strom und die Elektrische Spannung gemeint ist, da fehlt mir das Vorstellungsvermögen.
Normalerweise legen wir eine Spannung an ein Bauteil an und dann erwarten wir auch das der Strom in diselbe Richtung fließt.

Clipboard01
Diese Bild zeigt das beispielhaft. Dabei ist U die Spannung und I der Strom.

Jetzt gibt es aber auch Konfigurationen bei denen man ein Strom in die eine Richtung schickt und senkrecht dazu beut sich eine Spannung auf. Dies passiert z.B. beim Hall-Effekt, wenn man einen Strom durch ein Magnetfeld lässt. Dann werden die Ladungsträger aufgrund der Lorentzkraft abgelenkt, was zu einer messbaren Spannung führt:

Wikipedia: Hall-Effekt

Ich habe aber momentan mit dem Scherpiezowiderstandseffekt zu tun. In einem Buch (Link) wird der Effekt beschrieben wenn Spannung bzw. E-Feld und Strom bzw. Stromdichte senkrecht aufeinander stehen. Praktisch so:

Clipboard01

Ich kann mir aber momentan nicht vorstellen wie man das praktisch umsetzen sollte. Mit anisotropischem Widerstanstensoren kann ich mir noch was vorstellen aber wie kann es in der Realität gehen das Spannung und Strom 90° gegeneinander verdreht sind. Gibt es Materialien an die ich eine Spannugn anlege und dann fließt senkrecht dazu ein Strom?


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13.11.2020 um 00:38
Zitat von mojorisinmojorisin schrieb:Normalerweise legen wir eine Spannung an ein Bauteil an und dann erwarten wir auch das der Strom in diselbe Richtung fließt.
Das ist trügerisch formuliert. Weder Spannung noch Strom ist ein Vektor. Was den Piezoeffekt angeht bin ich da viele Jahre raus, aber Piezomateralien sind üblicherweise Isolatoren. Ladungen werden nur über geringste Distanzen verschoben. Das als Strom zu betrachten, dürfte für die Anschaulichkeit eher hinderlich sein.


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13.11.2020 um 01:32
@Tripane:
Zitat von TripaneTripane schrieb:Weder Spannung noch Strom ist ein Vektor.
Prinzipiell hast Du zwar recht, aber ich denke aus dem Zusammenhang ist klar, was gemeint ist. Die der Spannung entsprechende elektrische Flussdichte und die dem Strom entsprechende Stromdichte sind Vektorfelder. Spannung und Strom sind in diesem Fall Vereinfachungen, das würde ich -- solange es nicht um ein strittiges Thema geht, was hier nicht der Fall ist -- nicht so eng sehen.


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13.11.2020 um 09:06
Zitat von mojorisinmojorisin schrieb:Will man die Feld- und Stromverteilung in einem Bauteil genauer bestimmen, verallgemeinert man das Ohmsche Gesetz zu:
Was für ein Bock mir passiert ist. Natürlich muss es heißen:

J_m = \sigma_{mn} E_n


Äquivalent dazu:

I = G \cdot U
Zitat von TripaneTripane schrieb:Weder Spannung noch Strom ist ein Vektor.
Natürlich, aber elektrische Vektorfelder und das Vektorfeld der Stromdichteverteilung sind oft nicht so vertraut wie Spannung und Strom die an einem Bauteil anliegen bzw. durchfließen. WIe @uatu sagt es sind Vereinfachungen, schließlich sind wir hier im Thread Grundlagen der Physik.

Was mich mehr freuen würde wäre eine Antwort darauf, ob jemand von einen Umstand kennt (experimenteller Aufbau, bestimmtes Material,...) bei dem Spannung und Strom ( bzw. die entsprechenden Felder) tatsächlich senkrecht aufeinander stehen.


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13.11.2020 um 21:05
Zitat von mojorisinmojorisin schrieb:Was mich mehr freuen würde wäre eine Antwort darauf, ob jemand von einen Umstand kennt (experimenteller Aufbau, bestimmtes Material,...) bei dem Spannung und Strom ( bzw. die entsprechenden Felder) tatsächlich senkrecht aufeinander stehen.
Plattenkondensator... statisches Feld?

Mit Öl und Mehl? (Oder Griess?)

Lol 😆 klingt mehr nach einer Frage als nach einer Antwort....


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19.11.2020 um 09:25
Zitat von mojorisinmojorisin schrieb am 12.11.2020:Mit anisotropischem Widerstanstensoren kann ich mir noch was vorstellen aber wie kann es in der Realität gehen das Spannung und Strom 90° gegeneinander verdreht sind. Gibt es Materialien an die ich eine Spannugn anlege und dann fließt senkrecht dazu ein Strom?
Siehe Hall-Effekt.

Da wird dieser Effekt gerne benützt um Magnetfelder zu messen. Die messbare Spannung liegt im rechten Winkel zum Magnetfeld und ist proportional zu diesem

Wikipedia: Hall-Effekt


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20.11.2020 um 00:04
@UffTaTa

Ich kenne den Hall-Effekt (habe ich ja deshalb auch schon verlinkt) , aber wenn ich alle E-Felder als Überlagerung (d.h. Summe) betrachte liegen die ja nicht senkrecht zu den Strompfaden.

Ich wollte fragen ob jemand ein Material kennt das so isotrop ist das bei Anlegen einer Spannung der Strom senkrecht dazu fließt. Bei Graphen könnte ich mir das annähernd vorstellen, aber d.h. ich würde praktisch einen Hall-Effekt ohne Magnetfeld bekommen. Irgendwie seltsam.


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20.11.2020 um 10:25
Gut, dass jemand auf die Idee kam diesen Thread zu erstellen.
Ist mir ja etwas peinlich, aber ich bin kein Physik-Ass.
Und die Frage ist eher banal, also spottet nicht so überlegen: ;)

Wenn ich aus dem Flugzeug einen Stein werfe, beschleunigt er ja.
Aber, hat er irgendwann mal eine Maximalgeschwindigkeit erreicht, so genug Luft nach unten, oder beschleunigt er immer weiter?

Einfache Antwort genügt...


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20.11.2020 um 10:31
Zitat von HyperboreaHyperborea schrieb:Wenn ich aus dem Flugzeug einen Stein werfe, beschleunigt er ja.
Aber, hat er irgendwann mal eine Maximalgeschwindigkeit erreicht, so genug Luft nach unten, oder beschleunigt er immer weiter?

Einfache Antwort genügt...
Solange eine Kraft auf ihn ausgeübt wird beschleunigt er, wenn mehrere Kräfte wirken können sich diese auch gegenseitig aufheben.
Tatsächlich wirkt auf einen Fallschirmspringer jedoch auch der Luftwiderstand, welcher quadratisch mit der Geschwindigkeit zunimmt. Die resultierende Beschleunigung entspricht daher nur am Anfang der Erdbeschleunigung, nachher nimmt sie ab, bis nach etwa sieben Sekunden die Beschleunigung Null wird — der Fallschirmspringer fällt nun mit der Fallgrenzgeschwindigkeit des menschlichen Körpers von ca. 55 m/s (ca. 198 km/h). Diese Geschwindigkeit ist allerdings nicht die maximal erreichbare Geschwindigkeit, sondern diejenige, die bei Einnahme der stabilen, quer zum Fall ausgerichteten Lage mit gespreizten Armen und Beinen erreicht wird. In einer geraden, senkrechten Haltung mit dem Kopf voran ist der Luftwiderstand deutlich geringer. Es werden Geschwindigkeiten knapp über 500 km/h erreicht.
Quelle:
Wikipedia: Fall mit Luftwiderstand


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20.11.2020 um 10:37
@Pergamon

Danke !


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20.11.2020 um 10:38
Zitat von HyperboreaHyperborea schrieb:Wenn ich aus dem Flugzeug einen Stein werfe, beschleunigt er ja.
Aber, hat er irgendwann mal eine Maximalgeschwindigkeit erreicht, so genug Luft nach unten, oder beschleunigt er immer weiter?
Er beschleunigt immer weiter, und zwar mit 35 km/h pro Sekunde.


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20.11.2020 um 10:52
Zitat von YoshimitsuYoshimitsu schrieb:Er beschleunigt immer weiter, und zwar mit 35 km/h pro Sekunde.
Ich dachte
Zitat von PergamonPergamon schrieb:der Fallschirmspringer fällt nun mit der Fallgrenzgeschwindigkeit des menschlichen Körpers von ca. 55 m/s (ca. 198 km/h).
und das irgendwann konstant?
Also Maximal.
Wie nun?

Oder anderes Beispiel:
Wenn sich ein Raumschiff ohne Eigenantrieb er Erde nähert, beschleunigt es dann immer mehr bis zum Zentrum durch die Erdgavitation oder ist irgendwann konstante Maximalgeschwindigkeit erreicht?

Sorry wegen Begriffstutz...
Ich bin besser im Kochen...


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20.11.2020 um 10:59
@Hyperborea
Solange die Schwerkraft stärker ist als der bremsende Luftwiderstand wird das Objekt immer schneller, sind beide gleich groß ist die Geschwindigkeit konstant, ist der Luftwiderstand größer wird es abgebremst.


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20.11.2020 um 11:01
@Pergamon

Nu hat es klick gemacht.
Danke!


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20.11.2020 um 11:23
@Hyperborea
Hier wird dein Problem anhand eines Beispiels sehr gut beschrieben und auch aufgezeigt, wie man so einen Fall berechnet:

https://www.edu.tum.de/fileadmin/tuedz01/www/Sch%C3%BClerkonferenz/Seminararbeiten_2016/pfaffenzeller_nikolas_arbeit_w.pdf


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20.11.2020 um 11:46
Zitat von plusspluss schrieb:Hier wird dein Problem anhand eines Beispiels sehr gut beschrieben und auch aufgezeigt, wie man so einen Fall berechnet:

https://www.edu.tum.de/fileadmin/tuedz01/www/Schülerkonferenz/Seminararbeiten_2016/pfaffenzeller_nikolas_arbeit_w.pdf
Aus dem link:
Ist denn der Fallschirmspringer überhaupt realistisch?
Und da haben wir darüber ob er relatevistisch ist noch gar nicht gesprochen :-)


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20.11.2020 um 20:36
Zitat von HyperboreaHyperborea schrieb:Ich dachte

>Pergamon schrieb:
>der Fallschirmspringer fällt nun mit der >Fallgrenzgeschwindigkeit des menschlichen >Körpers von ca. 55 m/s (ca. 198 km/h).

und das irgendwann konstant?
Also Maximal.
Wie nun?
Naja, ein Fallschirmspringer ist eben was anderes als ein Stein. Weil Luftwiderstand (hier: des Fallschirms) und so.
Zitat von HyperboreaHyperborea schrieb:Wenn sich ein Raumschiff ohne Eigenantrieb er Erde nähert, beschleunigt es dann immer mehr bis zum Zentrum durch die Erdgavitation oder ist irgendwann konstante Maximalgeschwindigkeit erreicht?
Das verglüht vermutlich. :troll:


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