Elektrostatik III Dielektrika und Dipole im elektr. Feld
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- Insa Buchholz
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1 Physik A VL3 (1.1.1) lektostatik III Dielektika un Dipole im elekt. Fel Konensatoen Dielektika im Plattenkonensato negie im Plattenkonensato typische Konensatoen De elektische Dipol pemanente Dipole H O inuzietes Dipolmoment lektisches Potential un Spannung eines Dipols Dielektika im Plattenkonensato 1
2 Konensatoen lektostatik III in Konensato speichet Laungen. Die Speichekapazität C eines Konensatos ist C Q U A : Dielektizitätszahl es Vakuums A: Fläche e Konensatoplatten D: Abstan e Konensatoplatten Das Vehalten eines Konensatos hängt avon ab, ob ie Spannung oe ie Laung konstant gehalten wi: 1. Fall: konstante Laung, C const. U Q Q U, U C A. Fall: konstante Spannung, U const. Q C Q C U U A U 1 C 1 Q, Q C, A Beobachtung: Mateial zwischen en Platten (z.b. Petinax) Laung steigt
3 Konensatoen Dielektika im Plattenkonensato lektostatik III Die Kapazität eines Plattenkonensatos kann uch Füllung mit einem isolieenen Mateial (Dielektikum) ehöht ween Kapazität es Plattenkonensatos mit Dielektikum: C C Kapazität ohne Dielektikum A : Dilktiität Dielektizitätszahl hl(pemittivitätszahl) ität : Dielektizitätskonstante Dielektizitätszahlen veschieene Mateialien Mateial Vakuum 1 Luft 1,54 Teflon, Petinax,1 Papie 3,5 Gummi 6,7 Methanol 33,6 Wasse 8,4 3
4 Konensatoen Anwenung: Computetastatu lektostatik III Zwei Platten bilen einen Konensato Bei Duck: Abstan wi veinget Kapazität steigt Plattenabstan: mm,,5 mm (Abstan bei geückte Taste) Plattenfläche: 9 x 9 mm 8,1 1-5 m ielektisches Mateial: 3,5 Fage: Wie goß ist ie Äneung e Kapazität bei Duck auf eine Taste? 5 A 1 C 8,1 1 m 1 Cungeückt 3,5 8, ,5 1 F 1, 5 pf 3 Nm 1 m 5 A 1 C 8,1 1 m 1 C geückt 3,5 8, F 5 3 Nm,5 1 m pf ΔC Cgeückt Cungeückt 3, 75pF 4
5 lektostatik III Konensatoen negie im Plattenkonensato negie, um eine Laung von eine Seite eine Laungsveteilung auf ie anee zu bewegen: mit mit W el C Q U W el U Q Q C U U C U 1 CU W el A, C U W C U U el 1 Q C negie es Plattenkonensatos negieichte es Plattenkonensatos W w 1 el el W V el A Wel A Allgemeingültig! elektische negie 1 CU 1 5
6 Konensatoen Typische Konensatoen lektostatik III Pinzip: zwei leitene, metallische Platten, getennt uch eine Isolationsschicht Kapazitätsehöhung uch ielektisches Mateial - Papiekonensato (Ölpapie, Metallpapie) - Kunststoffkonensatoen Maximieung e Fläche - Wickelkonensatoen - lektolytkonensatoen Vaiante: instellbae Konensatoen - Dehkonensatoen, Folientimmkonensato 6
7 De elektische Dipol lektostatik III zwei unteschieliche Laungen in einem Abstan zueinane angeonet sin ein elektische Dipol Definition es Dipolmoments p q +q Das Dipolmoment ist ein Vekto, e entlang e Vebinungslinie e Laungen zeigt Untescheiung zweie Aten von Dipolmomenten: pemanentes Dipolmoment: nu in Molekülen (Beispiel: Wassemolekül) q inuzietes Dipolmoment: äußees Fel veschiebt Laungs- schwepunkt (Beispiel i Xe-Atom) 7
8 lektostatik III De elektische Dipol Beispiele fü pemantente molekulae Dipolmomente CO H O C H 6 SO CH 3 Cl HCl Gunlage: lektonegativität egativität e Atome (hie: Pauling-Skala) ala) Maß afü, lektonen (neg. Laungen) anzuziehen: lement χ lement χ C,6 S,6 H, Cl 3 3, O 3,4 8
9 lektostatik III De elektische Dipol Beispiel fü inuzietes Dipolmoment Inuzieung eines Dipolmoments im elektischen Fel es Plattenkonensatos Veschiebungs-Polaisation von Mateialien im Plattenkonensato: titt bei Atomen un Molekülen auf hie: Veschiebung e lektonenhülle (-) gegen en Atomken (+) Laungsschwepunkte nicht meh ientisch inuzietes Dipolmoment 9
10 De elektische Dipol lektostatik III lektisches Potential un Spannung eines Dipols Dipolmoment p q Supepositionspinzip egibt aus em Potential e inzellaungen as Potential es Dipols 1 q q q U ( ) U q U q U ( ) 4π 1 4 π 1 Goße Abstan: Fenfel 1, >> 1 cosα 1 Potential in Abhängigkeit von Dipolmoment q cosα 1 p cosα U ( ) 4π 3 4π mit p cos α p folgt fü as q Potential eines Dipols im Fenfel: U ( ) 4 π p Das Dipol-Potential un somit as Fel fallen schnelle mit em Abstan ab als as Fel eine Punktlaung! 3 U ( ) 1 Q 4π 1
11 lektostatik III De elektische Dipol - im Plattenkonensato in Dipol wi in einen Plattenkonensato gebacht s entsteht ein Dehmoment, welches eine Ausichtung in Felichtung ezeugt: F Dipol ist Senso fü Felichtung Oientieungspolaisation +F F i T p Wi e Plattenkonensato mit Dipolen gefüllt (Dielektikum), entstehen auf en Obeflächen Laungsveteilungen: 11
12 lektostatik III De elektische Dipol - im Plattenkonensato in symmetisches Atom wi im elektischen Fel ausgeichtet, a e Laungsschwepunkt veschoben wi es ensteht ein inuzietes Dipolmoment uch Kaftwikung: Veschiebungspolaisation Veschiebungspolaisation titt zusätzlich zu Oientieungspolaisation auch bei Molekülen mit pemanentem Dipolmoment auf 1
13 lektostatik III De elektische Dipol - im Plattenkonensato polaisiebaes Dielektikum in einen Plattenkonensato Polaisation ezeugt ein em äußeen Fel entgegen geichtetes Fel ie Felstäke un amit ie Spannung nimmt ab (Q const.) Polaisation schwächt as elektische Fel in Isolatoen 13
14 lektostatik III De elektische Dipol - im Plattenkonensato Veallgemeineung - Vehalten an Genzflächen zu Dieelektika bei konstante Laung sinkt ie Spannung uch inbingen eines Dielektikums in en Konensato, ie Kapazität ehöht sich U 1 C U U C 1 bei gleich bleibene Laung ist ie Felstäke im Dielektikum kleine als ie Vakuum-Felstäke, um en Fakto ie Schwächung wi uch as Gegenfel, as uch Polaisation aufgebaut wi, ezeugt + P 14
15 lektostatik III De elektische Dipol - im Plattenkonensato Veallgemeineung - Vehalten an Genzflächen zu Dieelektika Gauß sche inneung: Satz (Duchflutungsgesetz) A geschl D A q geschl. Flä h q. Fläche Fläche mit e Veschiebungsichte ht D bei gleich bleibene Spannung im Konensato: Felstäke im Konensato wi konstant gehalten, Stom bei ntlaung steigt Veschiebungsichte wächst um en Fakto : D D Veschiebungsichte im Dielektikum ie Veschiebungsichte hat sich also um folgene Diffeenz vegößet: D P P elektische Polaisation Polaisation un elektisches Fel P ( 1) χ e elektische Suszeptibilität χ e 15
16 lektostatik III De elektische Dipol - im Plattenkonensato Veallgemeineung - Vehalten an Genzflächen zu Dieelektika Fage: Wie velaufen ie Fellinien eine Punktlaung von eine Genzfläche? Fellinien velaufen nicht stetig von einem zum aneen Meium () > < () (1) (1) q q Aufteilung in Felkomponenten paallel un senkecht zu infallsichtung Nomalkomponente e Veschiebungsichte titt stetig übe Tangentialkomponente es elektischen Feles titt stetig übe 16
17 Zusammenfassung Die Kapazität eines Plattenkonensatos wi uch ein Dielektikum ehöht C A : Dielektizitätszahl es Vakuums C C : Dielektizitätszahl (Pemittivitätszahl) : Dielektizitätskonstante Die negie eines Plattenkonensatos ist W el 1 1 Allgemein gilt fü ie elektische negieichte wel A in Dipol besteht aus zwei entgegengesetzten Laungen. Dipolmoment: p q in pemanente Dipol ichtet sich im elektischen Fel aus: Oientieungspolaisation Im symmetischen Atom veschieben sich ie Laungen im Fel: Veschiebungspolaisation q p Das Potential eines Dipols im Fenfel (goße Abstan): U ( ) 3 4 π Fel im Dielektikum: bei gleich bleibene Laung ist ie Felstäke im Dielektikum um en Fakto kleine als ie Vk Vakuum-Felstäke: Fltäk ie Schwächung wi uch as Gegenfel (uch Polaisation) ezeugt Dielektikum Die Veschiebungsichte wächst um Fakto, ie Veschiebungsichte hat sich um ie Polaisation vegößet: D P ( 1) χ e 17
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4.1 Lagrange-Gleichungen, Integrale der Bewegung, Bahnkurven
Das Zwei-Köe-Poblem 9 Woche_Skitoc, /5 agange-gleichngen, Integale e Bewegng, Bahnkven Betachtet ween wei Pnktmassen m n m an en Oten (t n (t, ie übe ein abstansabhängiges Potenial U( miteinane wechselwiken
e r a Z = v2 die zum Mittelpunkt der Kreisbahn gerichtet ist. herbeigeführt. Diese Kraft lässt sich an ausgelenkter Federwaage ablesen.
Im (x 1, y 1 ) System wikt auf Masse m die Zentipetalbeschleunigung, a Z = v2 e die zum Mittelpunkt de Keisbahn geichtet ist. Folie: Ableitung von a Z = v2 e Pfeil auf Keisscheibe, Stoboskop Die Keisbewegung
3b) Energie. Wenn Arbeit W von außen geleistet wird: W = E gesamt = E pot + E kin + EPI WS 2006/07 Dünnweber/Faessler
3b) Enegie (Fotsetzung) Eines de wichtigsten Natugesetze Die Gesamtenegie eines abgeschlossenen Systems ist ehalten, also zeitlich konstant. Enegie kann nu von eine Fom in eine andee vewandelt weden kann
Messung von Kapazitäten Auf- und Entladungen von Kondensatoren
8.. Guppe Maximilian Kauet Hendik Heißelmann Messung von Kapazitäten Auf- und Entladungen von Kondensatoen Inhalt: Einleitung Vesuchduchfühung. Bestimmung des Eingangswidestandes eines Oszillogaphen. Bestimmung
Elektrischer Strom. Strom als Ladungstransport
Elektische Stom 1. Elektische Stom als Ladungstanspot 2. Wikungen des ektischen Stomes 3. Mikoskopische Betachtung des Stoms, ektische Widestand, Ohmsches Gesetz i. Diftgeschwindigkeit und Stomdichte ii.
2. Stegreifaufgabe aus der Physik Lösungshinweise
2. Stegreifaufgabe aus er Physik Lösungshinweise Gruppe A Aufgabe 1 (a) Die Einheit er Kapazität ist [C] = 1 C V = 1As V = 1 F (Fara) (2 Punkte) (b) Versuchsaufbau: Ein Konensator wir mit Hilfe einer bei
34. Elektromagnetische Wellen
Elektizitätslehe Elektomagnetische Wellen 3. Elektomagnetische Wellen 3.. Die MXWELLschen Gleichungen Die MXWELLschen Gleichungen sind die Diffeentialgleichungen, die die gesamte Elektodynamik bestimmen.
Statische Magnetfelder In der Antike war natürlich vorkommender Magnetstein und seine anziehende Wirkung auf Eisen bekannt.
Statische Magnetfelde In de Antike wa natülich vokommende Magnetstein und seine anziehende Wikung auf Eisen bekannt.. Jahhundet: Vewendung von Magneten in de Navigation. Piee de Maicout 69: Eine Nadel,
10 Elektrostatik. Quelle:
1 Elektostatik Waum diese Fau und ihem Kinde die Haae zu Bege stehen und waum sie bei Gewitte auch Buchen und nicht nu Eichen meiden sollten, efahen Sie in diesem Kapitel. Quelle: www.technoama.ch 1.1
Magnetostatik. Materie im Magnetfeld
Magnetostatik 1. Pemanentmagnete 2. Magnetfeld stationäe Stöme 3. Käfte auf bewegte Ladungen im Magnetfeld 4. Mateie im Magnetfeld i. Wikung von Mateie im Magnetfeld ii. Diamagnetismus iii. Paamagnetismus
Bei der Wärmeübertragung kann man drei Transportvorgänge voneinander unterscheiden:
6 ämeübetagung Bei de ämeübetagung kann man dei Tanspotvogänge voneinande untescheiden: ämeleitung ämeübegang / onvektion ämestahlung De ämetanspot duch Leitung ode onvektion benötigt einen stofflichen
Übungen zur Physik II (Elektrodynamik) SS Übungsblatt Bearbeitung bis Mi
Übungen zu Physik II (Eektodynamik) SS 5. Übungsbatt 3.6.5 eabeitung bis Mi. 6.7.5 Aufgabe. Loentzkaft (+4) Ein Stab mit de Masse m und dem Ohmschen Widestand kann sich eibungsfei auf zwei paaeen Schienen
Experimentelle Physik II
Expeimentelle Physik II Sommesemeste 08 Vladimi Dyakonov (Lehstuhl Expeimentelle Physik VI VL#4/5 07/08-07-008 Tel. 0931/888 3111 dyakonov@physik.uni-wuezbug.de Expeimentelle Physik II 8. Bandstuktu und
Der typische erwachsene Mensch probiert die Dinge nur 2-3 x aus und gibt dann entnervt oder frustriert auf!
De typische ewachsene Mensch pobiet die Dinge nu -3 x aus und gibt dann entnevt ode fustiet auf! Haben Sie noch die Hatnäckigkeit eines Kleinkindes welches laufen lent? Wie viel Zeit haben Sie mit dem
Laufende Nr.: Matrikel-Nr.: Seite: Es sind keine Hilfsmittel (auch keine Taschenrechner) zugelassen!
Laufende N.: Matikel-N.: Seite: Ruh-UnivesitÄt Bochum Lehstuhl fü Hochfequenztechnik Σ 60 Püfungsklausu im Fach: am 04.0.996 Elektomagnetische Wellen Bitte die folgenden Hinweise beachten:. Die Daue de
TEIL 1 Untersuchung des Grundbereichs 2)
Matin ock, Düppenweilestaße 6, 66763 Dillingen / Saa lementa-physikalische Stuktu Wassestoff-Molek Molekülionlion ( + ) ) kläung ung des Velaufs de Gesamtenegie (( Ges fü den Σ g Zustand des -Molekülsls
6.Vorlesung 6. Vorlesung EP b) Energie (Fortsetzung): Energie- und Impulserhaltung c) Stöße 4. Starre Körper a) Drehmoment b) Schwerpunkt Versuche:
6. Volesung EP I) Mechanik. Kinematik. Dynamik 3. a) Abeit b) Enegie (Fotsetzung): Enegie- und Impulsehaltung c) Stöße 4. Stae Köpe a) Dehmoment b) Schwepunkt 6.Volesung Vesuche: Hüpfende Stahlkugel Veküztes
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Potential und Spannung Arbeit bei Ladungsverschiebung: Beim Verschieben einer Ladung q im elektrischen Feld E( r) entlang dem Weg C wird Arbeit geleistet: W el = F C d s = q E d s Vorzeichen: W el > 0
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Wärmeübertragung. Grundsätzlich sind drei verschiedene Möglichkeiten der Wärmeübertragung möglich: Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung:
ämeübetgung Unte ämeübetgung vesteht mn sämtlche Eschenungen, e enen äumlchen nspot von äme umfssen. De ämeübegng efolgt mme ufgun enes empetugefälles, un zw mme von e höheen zu neeen empetu (.Huptstz).
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IV. Elektrizität und Magnetismus
IV. Elektizität und Magnetismus IV.3. Stöme und Magnetfelde Physik fü Medizine 1 Magnetfeld eines stomduchflossenen Leites Hans Chistian Oested 1777-1851 Beobachtung Oesteds: in de Nähe eines stomduchflossenen
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2.4 Konsevative Käfte und Potential /mewae/sc/kap2 4s3 29-0-0 Einige Begiffe: Begiff des Kaftfeldes: Def.: Kaftfeld: von Kaft-Wikung efüllte Raum. Dastellung: F ( ) z.b. Gavitation: 2. Masse m 2 in Umgebung