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Elektrische Polarisation und Influenz einfach erklärt

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19.4.2021

Physik

Elektrisches Feld

Elektrische Polarisation und Influenz einfach erklärt

The electric field and electrical charges are fundamental concepts in physics that explain how charged particles interact and behave. This comprehensive guide covers electric fields, Coulomb's law, and the behavior of charged particles.

Electric Fields: Explains how electric fields are created by charged particles and their properties, including field lines and field strength.
Coulomb's Law: Details the mathematical relationship between electric charges and the forces between them.
Electrical Polarization: Covers how materials respond to electric fields through polarization.
Practical Applications: Discusses real-world applications like capacitors and electron beam tubes.
Experimental Methods: Describes methods for measuring elementary charge and observing electrical phenomena.

...

19.4.2021

14602

Elektrische Ladungen
Körper können elektrisch geladen sein
ELEKTRISCHES FELD
·Positiv: Elektronenmangel negativ: Elektronenüberschuss
Q Ladu

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Nachweis elektrischer Ladungen

Dieses Kapitel behandelt Methoden zum Nachweis elektrischer Ladungen, wobei zwei Hauptinstrumente vorgestellt werden: das Elektroskop und die Glimmlampe.

Das Elektroskop dient zum Nachweis elektrischer Ladungen, ohne zwischen positiven und negativen Ladungen zu unterscheiden. Es funktioniert auf folgende Weise:

  1. Bei Berührung mit einem negativ geladenen Stab: Elektronen wandern vom Stab auf den Metallstab und Zeiger des Elektroskops. Metall und Zeiger stoßen sich ab, was zu einem Ausschlag führt.
  2. Bei Berührung mit einem positiv geladenen Stab: Elektronen des neutralen Elektroskops wandern auf den positiven Stab. Es entsteht ein Elektronenmangel im Elektroskop. Metallstab und Zeiger sind positiv geladen und stoßen sich ab.

Highlight: Bei Annäherung eines geladenen Stabes ohne Berührung tritt Influenz im Elektroskop auf. Negative Ladungen wandern im Elektroskop nach unten, während positive Ladungen sich nicht bewegen.

Die Glimmlampe wird verwendet, um festzustellen, ob eine Ladung positiv oder negativ ist. Sie besteht aus einem Glaskolben mit zwei Metalldrähten, die mit Gas meistNeonmeist Neon gefüllt sind.

Example:

  • Bei Berührung mit einem negativ geladenen Körper leuchtet die Umgebung des anliegenden Drahts auf.
  • Bei Berührung mit einem positiv geladenen Körper leuchtet die Umgebung des gegenüberliegenden Drahts auf.

Diese Nachweismethoden sind fundamental für die praktische Anwendung der Elektrostatik und ermöglichen es, die Präsenz und Art elektrischer Ladungen in verschiedenen Situationen zu bestimmen.

Elektrische Ladungen
Körper können elektrisch geladen sein
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Coulomb'sches Gesetz

Das Coulomb'sche Gesetz ist ein fundamentales Prinzip der Elektrostatik, das die Kraft zwischen zwei elektrischen Punktladungen beschreibt. Es ist benannt nach dem französischen Physiker Charles Augustin de Coulomb.

Definition: Das Coulomb'sche Gesetz besagt, dass die Kraft zwischen zwei Punktladungen proportional zum Produkt ihrer Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands ist.

Die mathematische Formel des Coulomb'schen Gesetzes lautet:

F = k · Q1Q2Q₁ · Q₂ / r²

Wobei:

  • F die Kraft zwischen den Ladungen ist
  • k die Coulomb-Konstante k=1/(4πε0k = 1 / (4πε₀)
  • Q₁ und Q₂ die Ladungen der beiden Punktladungen sind
  • r der Abstand zwischen den Ladungen ist

Highlight: Die Kraft kann anziehend beiunterschiedlichenLadungenbei unterschiedlichen Ladungen oder abstoßend beigleichenLadungenbei gleichen Ladungen sein.

Das Gesetz führt auch wichtige Konzepte wie die dielektrische Verschiebung D und die Permittivität ε ein:

  • D = Q / A dielektrischeVerschiebungoderelektrischeFlussdichtedielektrische Verschiebung oder elektrische Flussdichte
  • ε = ε₀ · εᵣ Permittivita¨t,wobeiε0dieelektrischeFeldkonstanteundεrdierelativePermittivita¨tistPermittivität, wobei ε₀ die elektrische Feldkonstante und εᵣ die relative Permittivität ist

Vocabulary:

  • Dielektrische Verschiebung: Beschreibt die Stärke des elektrischen Feldes in einem Material.
  • Permittivität: Ein Maß dafür, wie stark ein Material auf ein elektrisches Feld reagiert.

Die Coulomb-Kraft zwischen zwei Ladungen folgt dem Wechselwirkungsgesetz, d.h. die Kräfte auf beide Ladungen sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.

Das Verständnis des Coulomb'schen Gesetzes ist grundlegend für die Analyse elektrischer Felder und die Berechnung elektrischer Kräfte in verschiedenen Anwendungen der Elektrotechnik und Physik.

Elektrische Ladungen
Körper können elektrisch geladen sein
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Elektrisches Feld eines Plattenkondensators

Dieses Kapitel befasst sich mit dem elektrischen Feld eines Plattenkondensators und dessen energetischen Eigenschaften. Ein Plattenkondensator besteht aus zwei parallelen, leitfähigen Platten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind.

Das elektrische Feld im Inneren eines Plattenkondensators ist homogen, was bedeutet:

Highlight: Die Feldstärke E ist an jedem Punkt zwischen den Platten gleich stark und wird durch die Formel E = U/d beschrieben, wobei U die Spannung zwischen den Platten und d ihr Abstand ist.

Die Energie W, die in einem Kondensator gespeichert ist, kann auf verschiedene Weisen ausgedrückt werden:

  1. W = ½ Q · U
  2. W = ½ C · U²
  3. W = ½ Q² / C

Wobei Q die Ladung, U die Spannung und C die Kapazität des Kondensators ist.

Formel: Die elektrische Feldenergie pro Volumen EnergiedichteEnergiedichte ist gegeben durch E = ½ ε₀ · E²

Bei der Entladung eines Plattenkondensators über einen Widerstand beobachtet man folgende Phänomene:

  • Die Spannung sinkt von Umax auf 0
  • Die Stromstärke wechselt die Polarität und sinkt von Imax auf 0

Example: Die Entladekurve eines Kondensators folgt einer exponentiellen Funktion: Utt = U₀ · e^t/RC-t/RC, wobei R der Widerstand und C die Kapazität des Kondensators ist.

Definition: Ein Kondensator gilt als vollständig entladen, wenn kein Strom mehr fließt.

Das Verständnis des elektrischen Feldes eines Plattenkondensators und seiner energetischen Eigenschaften ist fundamental für viele Anwendungen in der Elektronik und Elektrotechnik, von der Energiespeicherung bis hin zur Signalverarbeitung.

Elektrische Ladungen
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Bewegte geladene Teilchen in elektrischen Feldern

Dieses Kapitel untersucht das Verhalten geladener Teilchen in elektrischen Feldern, insbesondere in homogenen elektrischen Feldern. Das Verständnis dieser Bewegungen ist entscheidend für viele Anwendungen in der Teilchenphysik und Elektronik.

In einem homogenen elektrischen Feld gelten folgende Prinzipien:

  1. Ruhende geladene Teilchen werden parallel zur Richtung der Feldlinien beschleunigt.
  2. Teilchen, die sich parallel zu den Feldlinien bewegen, werden in Bewegungsrichtung beschleunigt oder abgebremst.
  3. Bei einem homogenen Feld ist die Beschleunigung oder Abbremsung gleichmäßig.

Formel: Die Beschleunigung eines Teilchens im elektrischen Feld wird durch a = qEq · E / m beschrieben, wobei q die Ladung, E die elektrische Feldstärke und m die Masse des Teilchens ist.

Für zunächst ruhende Teilchen nach der Beschleunigungsspannung gilt:

Formel: v = √2qUB/m2 · q · UB / m, wobei UB die Beschleunigungsspannung ist.

Besonders interessant ist das Verhalten geladener Teilchen in einem homogenen elektrischen Querfeld:

Highlight: Teilchen, die sich senkrecht zu den Feldlinien bewegen, werden parallel zur Richtung der Feldlinien und somit senkrecht zur ursprünglichen Bewegungsrichtung beschleunigt. In einem homogenen Feld bewegen sich die Teilchen auf einer Parabelbahn, ähnlich dem waagerechten Wurf in der Mechanik.

Die Bewegung der Teilchen kann in zwei Komponenten zerlegt werden:

  1. X-Komponente: Eine horizontale gleichförmige Bewegung x=v0tx = v₀ · t
  2. Y-Komponente: Eine vertikale gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Diese Überlagerung führt zur charakteristischen Parabelbahn der Teilchen im elektrischen Querfeld.

Das Verständnis dieser Bewegungen ist essentiell für die Entwicklung von Teilchenbeschleunigern, Elektronenstrahlröhren und anderen Anwendungen in der modernen Physik und Technik.

Elektrische Ladungen
Körper können elektrisch geladen sein
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Charged Particles in Electric Fields

This section explores how charged particles behave in electric fields, particularly in Elektrische Polarisation conditions.

Highlight: Particles at rest in an electric field experience acceleration parallel to field lines.

Formula: Acceleration: a = qEqE/m

The behavior depends on:

  • Initial particle velocity
  • Field strength
  • Particle charge and mass
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Electron Beam Tube

This section describes the operation of electron beam tubes, demonstrating practical applications of Elektrische Influenz und Polarisation.

Example: Electrons are accelerated by an acceleration voltage and deflected by electric fields in the deflection plates.

Formula: Deflection Y₂ = UAl/2dUBUA·l/2d·UBl/2+sl/2 + s

The tube components include:

  • Electron gun
  • Deflection plates
  • Fluorescent screen

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Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Lena, iOS Userin

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

 

Physik

14.602

19. Apr. 2021

7 Seiten

Elektrische Polarisation und Influenz einfach erklärt

The electric field and electrical charges are fundamental concepts in physics that explain how charged particles interact and behave. This comprehensive guide covers electric fields, Coulomb's law, and the behavior of charged particles.

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Nachweis elektrischer Ladungen

Dieses Kapitel behandelt Methoden zum Nachweis elektrischer Ladungen, wobei zwei Hauptinstrumente vorgestellt werden: das Elektroskop und die Glimmlampe.

Das Elektroskop dient zum Nachweis elektrischer Ladungen, ohne zwischen positiven und negativen Ladungen zu unterscheiden. Es funktioniert auf folgende Weise:

  1. Bei Berührung mit einem negativ geladenen Stab: Elektronen wandern vom Stab auf den Metallstab und Zeiger des Elektroskops. Metall und Zeiger stoßen sich ab, was zu einem Ausschlag führt.
  2. Bei Berührung mit einem positiv geladenen Stab: Elektronen des neutralen Elektroskops wandern auf den positiven Stab. Es entsteht ein Elektronenmangel im Elektroskop. Metallstab und Zeiger sind positiv geladen und stoßen sich ab.

Highlight: Bei Annäherung eines geladenen Stabes ohne Berührung tritt Influenz im Elektroskop auf. Negative Ladungen wandern im Elektroskop nach unten, während positive Ladungen sich nicht bewegen.

Die Glimmlampe wird verwendet, um festzustellen, ob eine Ladung positiv oder negativ ist. Sie besteht aus einem Glaskolben mit zwei Metalldrähten, die mit Gas meistNeonmeist Neon gefüllt sind.

Example:

  • Bei Berührung mit einem negativ geladenen Körper leuchtet die Umgebung des anliegenden Drahts auf.
  • Bei Berührung mit einem positiv geladenen Körper leuchtet die Umgebung des gegenüberliegenden Drahts auf.

Diese Nachweismethoden sind fundamental für die praktische Anwendung der Elektrostatik und ermöglichen es, die Präsenz und Art elektrischer Ladungen in verschiedenen Situationen zu bestimmen.

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Coulomb'sches Gesetz

Das Coulomb'sche Gesetz ist ein fundamentales Prinzip der Elektrostatik, das die Kraft zwischen zwei elektrischen Punktladungen beschreibt. Es ist benannt nach dem französischen Physiker Charles Augustin de Coulomb.

Definition: Das Coulomb'sche Gesetz besagt, dass die Kraft zwischen zwei Punktladungen proportional zum Produkt ihrer Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands ist.

Die mathematische Formel des Coulomb'schen Gesetzes lautet:

F = k · Q1Q2Q₁ · Q₂ / r²

Wobei:

  • F die Kraft zwischen den Ladungen ist
  • k die Coulomb-Konstante k=1/(4πε0k = 1 / (4πε₀)
  • Q₁ und Q₂ die Ladungen der beiden Punktladungen sind
  • r der Abstand zwischen den Ladungen ist

Highlight: Die Kraft kann anziehend beiunterschiedlichenLadungenbei unterschiedlichen Ladungen oder abstoßend beigleichenLadungenbei gleichen Ladungen sein.

Das Gesetz führt auch wichtige Konzepte wie die dielektrische Verschiebung D und die Permittivität ε ein:

  • D = Q / A dielektrischeVerschiebungoderelektrischeFlussdichtedielektrische Verschiebung oder elektrische Flussdichte
  • ε = ε₀ · εᵣ Permittivita¨t,wobeiε0dieelektrischeFeldkonstanteundεrdierelativePermittivita¨tistPermittivität, wobei ε₀ die elektrische Feldkonstante und εᵣ die relative Permittivität ist

Vocabulary:

  • Dielektrische Verschiebung: Beschreibt die Stärke des elektrischen Feldes in einem Material.
  • Permittivität: Ein Maß dafür, wie stark ein Material auf ein elektrisches Feld reagiert.

Die Coulomb-Kraft zwischen zwei Ladungen folgt dem Wechselwirkungsgesetz, d.h. die Kräfte auf beide Ladungen sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.

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Elektrisches Feld eines Plattenkondensators

Dieses Kapitel befasst sich mit dem elektrischen Feld eines Plattenkondensators und dessen energetischen Eigenschaften. Ein Plattenkondensator besteht aus zwei parallelen, leitfähigen Platten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind.

Das elektrische Feld im Inneren eines Plattenkondensators ist homogen, was bedeutet:

Highlight: Die Feldstärke E ist an jedem Punkt zwischen den Platten gleich stark und wird durch die Formel E = U/d beschrieben, wobei U die Spannung zwischen den Platten und d ihr Abstand ist.

Die Energie W, die in einem Kondensator gespeichert ist, kann auf verschiedene Weisen ausgedrückt werden:

  1. W = ½ Q · U
  2. W = ½ C · U²
  3. W = ½ Q² / C

Wobei Q die Ladung, U die Spannung und C die Kapazität des Kondensators ist.

Formel: Die elektrische Feldenergie pro Volumen EnergiedichteEnergiedichte ist gegeben durch E = ½ ε₀ · E²

Bei der Entladung eines Plattenkondensators über einen Widerstand beobachtet man folgende Phänomene:

  • Die Spannung sinkt von Umax auf 0
  • Die Stromstärke wechselt die Polarität und sinkt von Imax auf 0

Example: Die Entladekurve eines Kondensators folgt einer exponentiellen Funktion: Utt = U₀ · e^t/RC-t/RC, wobei R der Widerstand und C die Kapazität des Kondensators ist.

Definition: Ein Kondensator gilt als vollständig entladen, wenn kein Strom mehr fließt.

Das Verständnis des elektrischen Feldes eines Plattenkondensators und seiner energetischen Eigenschaften ist fundamental für viele Anwendungen in der Elektronik und Elektrotechnik, von der Energiespeicherung bis hin zur Signalverarbeitung.

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Bewegte geladene Teilchen in elektrischen Feldern

Dieses Kapitel untersucht das Verhalten geladener Teilchen in elektrischen Feldern, insbesondere in homogenen elektrischen Feldern. Das Verständnis dieser Bewegungen ist entscheidend für viele Anwendungen in der Teilchenphysik und Elektronik.

In einem homogenen elektrischen Feld gelten folgende Prinzipien:

  1. Ruhende geladene Teilchen werden parallel zur Richtung der Feldlinien beschleunigt.
  2. Teilchen, die sich parallel zu den Feldlinien bewegen, werden in Bewegungsrichtung beschleunigt oder abgebremst.
  3. Bei einem homogenen Feld ist die Beschleunigung oder Abbremsung gleichmäßig.

Formel: Die Beschleunigung eines Teilchens im elektrischen Feld wird durch a = qEq · E / m beschrieben, wobei q die Ladung, E die elektrische Feldstärke und m die Masse des Teilchens ist.

Für zunächst ruhende Teilchen nach der Beschleunigungsspannung gilt:

Formel: v = √2qUB/m2 · q · UB / m, wobei UB die Beschleunigungsspannung ist.

Besonders interessant ist das Verhalten geladener Teilchen in einem homogenen elektrischen Querfeld:

Highlight: Teilchen, die sich senkrecht zu den Feldlinien bewegen, werden parallel zur Richtung der Feldlinien und somit senkrecht zur ursprünglichen Bewegungsrichtung beschleunigt. In einem homogenen Feld bewegen sich die Teilchen auf einer Parabelbahn, ähnlich dem waagerechten Wurf in der Mechanik.

Die Bewegung der Teilchen kann in zwei Komponenten zerlegt werden:

  1. X-Komponente: Eine horizontale gleichförmige Bewegung x=v0tx = v₀ · t
  2. Y-Komponente: Eine vertikale gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Diese Überlagerung führt zur charakteristischen Parabelbahn der Teilchen im elektrischen Querfeld.

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Charged Particles in Electric Fields

This section explores how charged particles behave in electric fields, particularly in Elektrische Polarisation conditions.

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Formula: Acceleration: a = qEqE/m

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Electron Beam Tube

This section describes the operation of electron beam tubes, demonstrating practical applications of Elektrische Influenz und Polarisation.

Example: Electrons are accelerated by an acceleration voltage and deflected by electric fields in the deflection plates.

Formula: Deflection Y₂ = UAl/2dUBUA·l/2d·UBl/2+sl/2 + s

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Elektrische Ladungen und Felder

Dieses Kapitel befasst sich mit den grundlegenden Konzepten der Elektrostatik. Es erklärt, wie Körper elektrisch geladen sein können und führt das Konzept des elektrischen Feldes ein.

Elektrische Ladungen werden als positiv ElektronenmangelElektronenmangel oder negativ Elektronenu¨berschussElektronenüberschuss beschrieben. Die Ladung Q wird in Coulomb CC gemessen und steht in direktem Zusammenhang mit der Anzahl der fehlenden oder überschüssigen Elektronen.

Definition: Q = N · e, wobei N die Anzahl der Elektronen und e die Elementarladung 1,61019C1,6 · 10^-19 C ist.

Das elektrische Feld wird durch Feldlinien dargestellt, die die Kraftrichtung auf einen positiven Probekörper anzeigen. Es gibt wichtige Eigenschaften des elektrischen Feldes zu beachten:

  • Feldlinien verlaufen von positiv zu negativ geladenen Körpern
  • Feldlinien überkreuzen sich nicht und sind geschlossen
  • Es existieren anziehende und abstoßende Kräfte

Highlight: Ein homogenes elektrisches Feld zeichnet sich durch parallele, geradlinige und gleich dichte Feldlinien aus, wobei die Kraft in jedem Punkt gleich ist.

Die elektrische Feldstärke E gibt an, wie groß die Kraft F auf eine Ladung Q im elektrischen Feld ist. Sie wird in N/C oder V/m gemessen.

Formel: E = F / Q

Das Kapitel führt auch die Konzepte der Influenz und elektrischen Polarisation ein:

  • Influenz ist der Vorgang der Ladungstrennung bei einem leitenden Körper unter dem Einfluss eines anderen geladenen Körpers.
  • Elektrische Polarisation beschreibt die Ladungsverschiebung in Isolatoren unter dem Einfluss eines geladenen Körpers.

Diese Grundlagen sind essentiell für das Verständnis komplexerer elektrostatischer Phänomene und Anwendungen.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

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Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

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Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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