Einführung in die Physik I. Elektromagnetismus 1

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1 infühung in die Physik I lektomagnetismus O. von de Lühe und. Landgaf lektische Ladung lektische Ladung bleibt in einem abgeschlossenen System ehalten s gibt zwei Aten elektische Ladung positive und negative Ladung die sich in ihe Wikung neutalisieen können Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an Das Kaftgesetz fü Ladungen ist das oulombsche Gesetz Influenzkonstante F ( ) q q 4π [A s V - m - ] lektomagnetismus

2 SI inheiten Definition des Ampee [A]: Das Ampee ist de konstante Stom, de eine Kaft von -7 [N] po Längenmete in zwei unendlich ausgedehnten, venach-lässigba dünnen Leiten im Vakuum mit einem Abstand von m ezeugt. I I Das Ampee als inheit fü den elektischen Stom I ist eine SI-Gundeinheit F Abgeleitete inheiten: Ladung : oulomb [] [As] Spannung : Volt [V] [J - ] Feldstäke : [N - ] [V m - ] lektomagnetismus 3 lektisches Feld Käfte, die in Vebindung mit elektische Ladung aufteten: uhende Ladungen: oulomb-käfte (oulombsches Gesetz) bewegte Ladungen: Loentz-Käfte, beinhalten Magnetfelde Zunächst nu uhende Ladungen (lektostatik) lektische Feldstäke: efäht ein Köpe mit eine Ladung eine Kaft F, so heißt die elektische Feldstäke Feldlinien : Tangenten bilden Feldvektoen F F lektomagnetismus 4

3 lektische Felde Punktladung Zwei ungleichnamige Ladungen gleiche Göße Zwei gleichnamige Ladungen gleiche Göße lektomagnetismus Gethsen Physik 5 lektische Fluss De elektische Fluss Φ ist das Podukt aus elektische Feldstäke und vom Feld duchdungene, geichtete Fläche inheit: [V m - m ] [V m] d Φ da da De Fluss duch eine beliebig gekümmte Fläche A kann duch ein Integal beechnet weden Φ Fläche da De Gesamtfluss Φ duch eine beliebige geschlossene Fläche ist popotional zu eingeschlossenen Ladung (Gauß sche Satz) Φ da lektomagnetismus 6 3

4 Spannung und Potential Bei Veschiebung eine Ladung um einen Weg d muss die Abeit dw aufgebacht weden dw F d d d F Die Veschiebung längs eines Weges von nach egibt die Abeit W F d d Die Göße heißt Spannung inheit: Volt [V] d lektomagnetismus 7 Potentiale Punktladung Dipol lektomagnetismus Gethsen Physik 8 4

5 Spannung und Potential ine im elektischen Feld bewegte Ladung gewinnt ode veliet potentielle negie pot W in (konsevatives) elektisches Feld hat ein eindeutiges Potential () ( ) ( ) Fü das von eine Punktladung ezeugte elektische Feld ist das Potential () 4π Das elektische Feld beechnet sich aus dem Gadienten des Potentials d dx d dz ( ) ( ) d dy ( ) lektomagnetismus 9 Spannung und Potential In elektischen Leiten können sich Ladungen beliebig bewegen ine elektische Ladung veteilt sich in einem Leite gleichmäßig Innehalb eines Leites ist die elektische Feldstäke Null Die Obeflächen von Leiten sind dahe Flächen konstanten Potentials (Äquipotentialflächen) Im Inneen eines hohlen Leites veschwindet die Feldstäke (Faaday sche Käfig) lektomagnetismus 5

6 Das Potential und die Ladung eines elektisch geladenen leitenden Köpes sind zueinande popotional Kapazität Die Popotionalitätskonstante hängt von de Gestalt des Köpes ab Kapazität inheit: Faad F (nach Faaday) [ F] [ ] [ V] lektomagnetismus Kapazität - Beispiele Kugelkondensato: Kapazität eine Kugel mit Radius R 4π R R Plattenkondensato: Kapazität zweie Leiteplatten de Fläche A im Abstand d A d d Fläche A - Fluss: A / Potential: d d/( A) lektomagnetismus 6

7 Dipol: Paa eng benachbate, ungleichnamige Ladungen Dipole Gesamtladung Dipolmoment p l in Dipol hat in einem elektischen Feld ein Dehmoment T p l lektomagnetismus Gethsen Physik 3 Dielektika Mateie in einem elektischen Feld beeinflusst das Feld ine geedete Leite schimt elektische Felde ab in Nichtleite schimt ein elektisches Feld nicht ab Isolieende Stoffe heißen Dielektika Wenn Dielektika den Raum zwischen zwei Leiten einnehmen veingen sie die Feldstäke vegößen die Kapazität Dielektizitätskonstante dimensionslos Vakuum D A d D lektomagnetismus 4 7

8 negiedichte des elektischen Feldes inem mit eine Ladung geladene Kondensato fügt man eine weitee Ladung dq zu q Dabei muss eine Abeit dw geleistet weden Abeit, die aufgebacht weden muss, um den Kondensato von auf die Ladung aufzuladen lektische Feldstäke im Kondensato /d Feldgefülltes Volumen: V A d negiedichte des Feldes e dw dq dq W pot q e V pot dq A d d pot A d V lektomagnetismus 5 8

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