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Entladen eines Kondensators (Theorie)
Ausblick
- Der zeitliche Verlauf der Ladung auf einem Kondensator der Kapazität \(C\) beim Entladen über einen Widerstand der Größe \(R\) wird beschrieben durch die homogene Differentialgleichung 1. Ordnung \(\dot Q(t) + \frac{1}{{R \cdot C}} \cdot Q(t) = 0\) mit \(Q(0{\rm{s}}) = C \cdot \left| {{U_0}} \right|\).
- Diese Differentialgleichung wird gelöst durch die Funktion \(Q(t) = C \cdot \left| {{U_0}} \right| \cdot e^{ - \frac{1}{R \cdot C} \cdot t}\). Die Ladung auf dem Kondensator fällt also während des Entladevorgangs exponentiell ab.
- Für die Halbwertszeit gilt \({t_{\rm{H}}} = R \cdot C \cdot \ln \left( 2 \right)\).
Ausblick
- Der zeitliche Verlauf der Ladung auf einem Kondensator der Kapazität \(C\) beim Entladen über einen Widerstand der Größe \(R\) wird beschrieben durch die homogene Differentialgleichung 1. Ordnung \(\dot Q(t) + \frac{1}{{R \cdot C}} \cdot Q(t) = 0\) mit \(Q(0{\rm{s}}) = C \cdot \left| {{U_0}} \right|\).
- Diese Differentialgleichung wird gelöst durch die Funktion \(Q(t) = C \cdot \left| {{U_0}} \right| \cdot e^{ - \frac{1}{R \cdot C} \cdot t}\). Die Ladung auf dem Kondensator fällt also während des Entladevorgangs exponentiell ab.
- Für die Halbwertszeit gilt \({t_{\rm{H}}} = R \cdot C \cdot \ln \left( 2 \right)\).
Elektrostatische Beschleuniger
Ausblick
- Im Van-de-Graaf-Beschleuniger sorgt ein mechanisch angetriebenes isolierendes Endlosband für die Beschleunigungsspannung.
- Im Tandembeschleuniger wird die Spannung eines Van-de-Graaf-Beschleunigers durch Umladung zweimal ausgenutzt.
Ausblick
- Im Van-de-Graaf-Beschleuniger sorgt ein mechanisch angetriebenes isolierendes Endlosband für die Beschleunigungsspannung.
- Im Tandembeschleuniger wird die Spannung eines Van-de-Graaf-Beschleunigers durch Umladung zweimal ausgenutzt.
Linearbeschleuniger
Ausblick
- Die Teilchen bewegen sich geradlinig durch wechselnd geladene Driftröhren, in den Zwischenräumen werden sie beschleunigt.
- Zum Laden der Driftröhren wird eine Wechselspannung mit fester Frequenz genutzt, daher müssen die Driftröhren immer länger werden.
- Anwendung finden Linearbeschleuniger z.B. bei der Tumorbestrahlung
Ausblick
- Die Teilchen bewegen sich geradlinig durch wechselnd geladene Driftröhren, in den Zwischenräumen werden sie beschleunigt.
- Zum Laden der Driftröhren wird eine Wechselspannung mit fester Frequenz genutzt, daher müssen die Driftröhren immer länger werden.
- Anwendung finden Linearbeschleuniger z.B. bei der Tumorbestrahlung
Zyklotron
Ausblick
- Ein Zyklotron beschleunigt Teilchen platzsparend auf spiralähnlichen Bahnen
- Die Teilchen bewegen sich dabei senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld
- Durch das E-Feld einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen den beiden Duanten werden die Teilchen beschleunigt
Ausblick
- Ein Zyklotron beschleunigt Teilchen platzsparend auf spiralähnlichen Bahnen
- Die Teilchen bewegen sich dabei senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld
- Durch das E-Feld einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen den beiden Duanten werden die Teilchen beschleunigt
Synchro-Zyklotron und Synchrotrone
Ausblick
- Synchro-Zyklotrone und später Synchrotrone erhöhen die maximale Energie von Teilchenbeschleunigern im Vergleich zu einfachen Zyklotronen.
- Beim Beschleunigen bzw. beim Ablenken muss das System mit der relativistischen Massenzunahme der Teilchen synchronisiert werden.
- Man unterscheidet Ionen-Synchrotrone und Elektronen-Synchrotrone
Ausblick
- Synchro-Zyklotrone und später Synchrotrone erhöhen die maximale Energie von Teilchenbeschleunigern im Vergleich zu einfachen Zyklotronen.
- Beim Beschleunigen bzw. beim Ablenken muss das System mit der relativistischen Massenzunahme der Teilchen synchronisiert werden.
- Man unterscheidet Ionen-Synchrotrone und Elektronen-Synchrotrone
Flächenladungsdichte
Ausblick
- Die Flächenladungsdichte ist das Verhältnis aus Ladung und Fläche \(\sigma = \frac{Q}{A}\).
- Die Flächenladungsdichte ist eng mit der Stärke des E-Feldes verknüpft: \({\sigma = {\varepsilon _0} \cdot E}\)
- Die Zusammenhänge gelten auch für gekrümmte Oberflächen wie Kugelschalen.
Ausblick
- Die Flächenladungsdichte ist das Verhältnis aus Ladung und Fläche \(\sigma = \frac{Q}{A}\).
- Die Flächenladungsdichte ist eng mit der Stärke des E-Feldes verknüpft: \({\sigma = {\varepsilon _0} \cdot E}\)
- Die Zusammenhänge gelten auch für gekrümmte Oberflächen wie Kugelschalen.
Ausblick
Ausblick
Ausblick
Funktionsprinzip von Leuchtstofflampen
Ausblick
- In Leuchtstofflampen sorgt keine Glühwendel für Licht sondern Quecksilberatome werden zum Leuchten angeregt.
- Quecksilber emittiert zum großen Teil UV-Licht, dass durch einen speziellen Leuchtstoff in sichtbares Licht umgewandelt wird.
- Leuchtstofflampen können auch durch starke externe Felder zum Leuchten angeregt werden.
Ausblick
- In Leuchtstofflampen sorgt keine Glühwendel für Licht sondern Quecksilberatome werden zum Leuchten angeregt.
- Quecksilber emittiert zum großen Teil UV-Licht, dass durch einen speziellen Leuchtstoff in sichtbares Licht umgewandelt wird.
- Leuchtstofflampen können auch durch starke externe Felder zum Leuchten angeregt werden.
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Zyklotron (Simulation MintApps)
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Wir danken Herrn Thomas Kippenberg für die Erlaubnis, diese Simulation auf LEIFIphysik zu nutzen. Der Code steht unter GNU GPLv3 /…
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Zum DownloadSynchro-Zyklotron (Simulation MintApps)
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Zum DownloadInduktion - Änderung Magnetfeld Feldspule (Simulation)
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Die Simulation zeigt das Auftreten einer Induktionsspannung bei der Änderung des B-Feldes der Feldspule.
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Elektrische Kraft im homogenen elektrischen Feld (Simulation)
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Die Simulation ermöglicht die Untersuchung der Abhängigkeit der Kraft auf eine Ladung im homogenen elektrischen Feld von den relevanten Parametern.
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Die Simulation ermöglicht die Untersuchung der Abhängigkeit der Kraft auf eine Ladung im homogenen elektrischen Feld von den relevanten Parametern.
Zum DownloadElektrische Kraft im radialsymmetrischen elektrischen Feld (Simulation)
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Die Simulation ermöglicht die Untersuchung der Abhängigkeit der Kraft auf eine Ladung im radialsymmetrischen elektrischen Feld von den relevanten…
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