zwei Formeln

Bernhard

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Das für eine homogene, dünne Scheibe zu lösen ist eine beliebte Übungsaufgabe aus der Elektrostatik.
So wie in Aufgabe 32 . Sobald die Scheibe eine endliche Dicke hat, wird es komplizierter.

Ich möchte bei diesem Thema momentan auch nicht zu sehr in die Details gehen, weil das von Tom aufgeschriebene Integral auch numerisch berechnet werden kann, EDIT: falls das Potential für eine Scheibe mit einer gewissen Dicke d berechnet werden soll.
 
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TomS

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… was auf eine numerische Lösung hinausläuft.
Also ob du Sin(), Sqrt() oder EllipticK() hinschreibst und berechnest, ist für den Mathematiker kein Unterschied; es sind halt Funktionen.

Diese Frage hat mich gar nicht interessiert, sondern nur die Feldstärke innerhalb der Scheibe.
Das "innerhalb" hatte ich bisher übersehen.

Hier die Lösungen für das Potential und die Feldstärke:


 
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Rainer

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Also ob du Sin(), Sqrt() oder EllipticK() hinschreibst und berechnest, ist für den Mathematiker kein Unterschied; es sind halt Funktionen.
Na sage ich ja, aber die zweite Lösumg bleibt eben ein numerisch zu berechnendes Integral.
Hier die Lösungen für das Potential und die Feldstärke:
Ebenfalls mit zwei Elliptischen Integralen, interessanter Weise hier mit Π.

Darum ging es aber hier überhaupt nicht, sondern darum, dass meine beiden Lösungen eben ganz unterschiedlich aussehen.
 
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Rainer

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Hier die Lösungen für das Potential und die Feldstärke:
Soweit ich sehe, dürfte diese Lösung (1) falsch sein, denn das Ergebnis weicht von meinen beiden Formeln ab.
Die Formel (1) wird nicht hergeleitet.
Für r=0,7 ergibt diese Formel zB 2,047 anstatt 2,800

In Formel (9) verschwindet sin²(θ) auf wundersame Weise aus dem Integral. Ist das korrekt oder ein Lapsus?
Das scheint schon zu stimmen, denn es wird ja aus Formel (7) direkt hergeleitet.
 
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Rainer

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Ich wollte vorhin auch schon schreiben, dass researchgate AFAIK eine ziemlich offene Seite ohne peer review ist. Da muss man im Zweifelsfall oder Detail also selbst kontrollieren und nachrechnen.
Naja die Formel (1) wird ja zitiert, allerdings kann ich das nicht nachlesen. Andererseits folgt ja dann die eigene Berechnung.

Allerdings weicht der Wert der Formel (9) wieder von Formel (1) ab oder ich rechne falsch...
Ach Formel (9) stimmt ja mit meinem Ergebnis überein, hier wird ja nach k parametrisiert, bei WA jedoch nach m=k².

Aber ich muss sagen: elegante Herleitung.
 
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Rainer

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Naja die Formel (1) wird ja zitiert,
Ich habe das zitierte Buch gefunden
Zwar steht die Formel nicht in Aufgabe 2.53, sondern in 2.57. Die Formel wird allerdings nicht hergeleitet, sondern in Übung 2.6 steht dazu nur:
It is not quite so easy to derive the potential for general points away
from the axis of symmetry, because the definite integral isn’t so simple.
It proves to be something called an elliptic integral.
 

Bernhard

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Allerdings weicht der Wert der Formel (9) wieder von Formel (1) ab oder ich rechne falsch...
Ich kann die partielle Integration (Formel 13) nicht nachvollziehen.

Bei der Definition von I(eta) hat sich mMn zuerst ein Flüchtigkeitsfehler eingeschlichen, weil im ln(...) am Ende ein "eta sin(theta)" und kein "eta cos(theta)" stehen sollte. Bei der partiellen Integration würde ich dann cos(theta) zu sin(theta) integrieren, allerdings kommt dann etwas anderes als bei (13) raus.

Bei den Rechnungen bis Formel (11) kann ich keinen Fehler finden.
 
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Bernhard

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Zwar steht die Formel nicht in Aufgabe 2.53, sondern in 2.57. Die Formel wird allerdings nicht hergeleitet, sondern in Übung 2.6 steht dazu nur:
Auf Seite 118 findet man das Original zu Formel (1), das im pdf falsch zitiert wurde. Aus dem cos(theta) wurde ein sin(theta) gemacht.

EDIT: (13) scheint trotzdem auch nicht fehlerfrei zu sein. Laut WA kann die Originalformel aus dem Buch zu (K(eta²)-E(eta²))/eta umgeformt werden.
 
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Rainer

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Auf Seite 118 findet man das Original zu Formel (1), das im pdf falsch zitiert wurde. Aus dem cos(theta) wurde ein sin(theta) gemacht.
das ergibt das richtige Ergebnis. (y)

EDIT: (13) scheint trotzdem auch nicht fehlerfrei zu sein. Laut WA kann die Originalformel aus dem Buch zu (K(eta²)-E(eta²))/eta umgeformt werden.
Das ist das richtige Ergebnis, ich hatte automatisch η² eingesetzt, das ist aber nur eine Frage der Konvention k oder m= k². Bei meinem Plotter muss ich nur k einsetzen, bei WA immer k². (y)
 
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TomS

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Sorry, dass ich so ein schlampiges Paper verlinkt habe. Insbs. nach den einleitenden Worten sollte man eigtl. von der Korrektheit ausgehen können.

Die Herleitungen sind recht elegant.
 

TomS

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Ja.

Nur – nach dem Abstract zu urteilen sollte das nicht sein. Das Paper wurde zur Veröffentlichung eingereicht, dann entweder nicht akzeptiert, oder trotz dieses Fehlers akzeptiert, oder der Fehler wurde nach Review für die Veröffentlichung korrigiert, jedoch nicht im Preprint.

Ich schau mir morgen mal die Multipolentwicklung an …
 

Rainer

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oder der Fehler wurde nach Review für die Veröffentlichung korrigiert, jedoch nicht im Preprint.
vermutlich

äh...auf ArXiv ist es auch falsch

Vlt wurde es nicht publiziert, weil die beiden Formeln (1) und (9) nicht übereinstimmen und der Kopierfehler (1) nicht bemerkt wurde, also Formel (9) als falsch eingeschätzt wurde.

Nee, es wurde wohl veröffentlicht
Journal ref: Eur. J. Phys. 41 (2020), 045201
 
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Rainer

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Ich habe das Gleiche gefunden

Hier meint jemand, dass die Rechnung falsch wäre, kann das jemand lesen?
In a recent paper (Bochko and Silagadze 2020 Eur. J. Phys. 41 045201), the authors carried out an analytical effort to arrive at an expression for the electrostatic potential and electric field of a uniformly charged disk everywhere in space. They obtained that the radial electric field has a term proportional to the Dirac delta function. In this comment, it is demonstrated that this term is not correct.
 

Bernhard

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Ich grüble noch über der Gleichung (13). Im Nenner des Integrals ganz rechts fehlt mir im Nenner ein "+eta*cos(theta)". Bei der partiellen Integration wird der ln abgeleitet und ln(x) ergibt beim Ableiten bekanntlich 1/x.
 
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