Elektrische Ladung. Elektrizitätslehre. Ladungstrennung. griechisch Elektron (ηλεκτρον) heisst Bernstein

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1 lekiziäslehe lekische Ladung giechisch lekon (ηλεκτρον) heiss Bensein elekische ufladung des Haaes lekophysiologische xpeimene Naueeigniss: Bliz Wenn Bensein mi einem Tuch geieben wid, veveände de Zusand des Benseines so, dass e kleine Paikel (z.b. Saub) anzieh wid e (negaiv) geladen. Ladung: is an Maeie gebunden, eine wesenliche igenschaf de Maeie (wie die Schwee/Masse) Makoskopische Objeke sind im allgemeinen elekisch neual. KG G Neuone leien Som Ladungsennung Die elekische Ladungen können duch eibung geenn weden (saische lekiziä eibungselekiziä). lekonen sind negaiv geladene lemenaeilchen. Die elekische Ladung is quanisie und de Beag de Ladung des lekons (e ) is die lemenaladung (e). inhei de Ladung: (oulomb). s e 9,6 x0 9 e e,6 x0 Duch das eiben de Schusohlen auf dem Bodenbelag läde man sich elekosaisch auf. Nach de Ladunsgennung komm die nladung. 3 FaadayKonsane: F,6x0 9 x 6x0 3 /mol /mol in Wassesoffaom beseh aus einem Poon und einem lekon. Das Poon ha die engegengeseze Ladung (posiiv). (Das Vozeichen de Ladung is willkülich.) Dufay (698739): zwei en von lekiziä: Glaslekiziä und Hazlekiziä Fanklin (706790): Posiivelekiziä und Negaivelekiziä 4

2 s gib eine Wechselwikung zwischen de Ladungen. ngleichnamige Ladungen ziehen sich an, gleichnamige Ladungen soßen sich ab. Fü die haakeisieung de Wechselwikung: Kaf, eine Vekogösse (Länge und ichung) F F Q Q nziehungskaf Q Q F F F k Q Q F F bsossungskaf 5 Q Q F k oulombgesez Q Q 4πε 0 k Nm ε Nm elekische Feldkonsane (des Vakuums) Dielekiziäskonsane/nfluenzkonsane/Pemiiviä des Vakuums Die Kaf zwischen den geladanen Teilchen is popoional zum Poduk de Ladungsmengen und umgekeh popoional zum bsandsquada de Ladungen. 6 Pinzip de Supeposiion esulieende Kaf is vekoielle Summe de inzelkäfe. Pobeladung: q esulieende Kaf: F lekische Feldsäke lle Käfe sind popoional zu q. F/q häng nu von de Gösse und nodnung de Ladungen an, die auf q mi Kaf wiken. q F elekische Feldsäke, : Quoien aus de Kaf auf eine elekische Ladung und dem Beag de Ladung. (osabhängige Vekogösse): F q N 7 8

3 haakeisiken de elekischen Feldsäke Die ichung de elekischen Feldsäke is definie als Kafichung auf eine posiive Ladung. Feldsäke is nich nowendig an Maeie gebunden. Feldsäken escheinen in Maeie und in Vakuum. Die Ladungsveeilung sache fü die Feldsäke kann unbekann sein. Feldsäke an eienem beliebigen aumpunk ehäl man, wenn eine Pobeladung (Sonde) auf diesen Punk bing und die Kaf miss. 9 lekisches Feld und Feldlinien Wenn sich de physikalische Zusand eines Objeks im aum ände, ohne das ein dieke Konak mi einem andeen Objek beseh, spich man von einem Feld. Die Ladung eines Objeks veände den umgebenden aum duch sein elekisches Feld. in andees geladenes Objek efäh eine Kaf. Das Feld wid duch die Feldsäke definie. Veanschaulichung des Feldes: mi Hilfe de Feldlinien ichung de Feldlinien: ichung des Feldsäkevekos Diche de Feldlinien (nzahl de Feldlinien po Fläche): Beag des Feldsäkevekos 0 adialfeld Feldlinien eine Punkladung Feldlinien eines Dipols und zwei gleiche Ladungen m allgemeinen: Feldlinien beginnen bei de posiiven Ladung und enden bei de negaiven Ladung. Feldlinien übekeuzen sich nich und haben keine Wibel (falls Ladungen sich nich bewegen). Dipol (Zweipol): zwei äumlich geenn aufeende Ladungen gleiche Gösse abe uneschiedlichen Vozeichens (KG!)

4 Bewegung eine Ladung gegen Feldsäke. W bei im elekischen Feld Fa s Fel s q s qs s F a F el Bewegung eine Ladung schäg zu den Feldlinien. W F s cosα qs cosα a F a α s F el Bewegung eine Ladung senkech zu den Feldlinien. W F s cosα 0 a F a F el s W is unabhängig von dem Weg! F a α s F el 3 4 Man bauch W 0 i negie um eine Pobeladung q aus einem Bezugspunk P 0 nach Punk P i zu bingen. W 0 i q is unabhängig von de Pobeladung und vom Weg! lekisches Poenial: lekisches Poenial ϕ W q 0 i i inhei: J V Das elekische Poenial (φ i ) gib an, welche poenielle negie eine Pobeladung (q) in einem Punk (i) ha, nachdem sie in einem vogegebenen elekischen Feld vom nendlichen (0) zu einem Punk gebach wude. 5 lekische Spannung zwischen zwei Punken P und P : (Spannung des Punkes P gegenübe P ) W q Poenial Diffeenz Spannung inhei: Vol [V] Bemekungen: ϕ ϕ Wenn >0 > P is posiive als P W q s n homogenem Feld: q q s 6

5 Poenialfeld, Äquipoenialflächen Äquipoenial dasgleiche Poenial Äquipoeniallinien(flächen) (gesichele Linien) und Feldlinien (duchgezogene Linien) sehen nomal aufeinande Medizinische nwendung: KG Äquipoenialflächen Äquipoenialflächen Feldlinien Bewegung an eine Äquipoenialfläche: keine bei! 7 8 Kondensao und Kapaziä Kondensao (dichgedäng, bezogen auf die Ladungen): Bauelemen, das die elekische Ladungen und negie speichen kann, Ladungsspeiche Dielekikum zwischen de Kondensaoplaen Dielekikum: ~ solao ε 0 elekische Feldkonsane des Vakuums ε elaive Dielekiziäszahl Plaenkondensao Q Q l Kapaziä des Kondensaos Q Q Ladungsspeicheungsfächigkei inhei: faad Fü Plaenkondensao: F V ε 0 d 9 ε 0 ε d mi Dielekikum ε 0 d ohne Dielekikum Die elaive Dielekiziäszahl gib an, um welchen Fako sich die Kapaziä vegösse, wenn sa Luf ein andees Dielekikum vewende. Z.B. Fegewebe: Hau: 70 Muskel : 74 Blu: 75, 0

6 negiespeicheung im Kondensao Die in einem Kondensao gespeichee negie: Die negie die fü ufladung eines Kondensaos mi Q Ladung an Spannung nowendig is. Schalung von Kondensaoen Paallelschalung Q Q p p Q Q Q Q Q W Q Q (Q) eihenschalung Q Q Q Q Q Q 0 Q Q Q Q Q Q Q Q lekische Som De geichee Tanspo von elekischen Ladungen. kollekive Wandeung elekische Ladungsägen elekisch geladene Teilchen: in Meallen: lekonen Ohmsches Gesez De Spannungsabfall übe besimme meallische Leie popoional zu de hinduchfliessenden elekischen Somsäke. in lekolylösungen und Gasen: onen lekische Somsäke Q Q: duch einen Leiequeschni wähend de Zeidaue duchgeflossene Ladung inhei: mpee, /s ~ G inhei : Ohm Ω : elekische Widesand G: elekische Leifähigkei V echnische (konvenionelle) Somichung: Bewegungsichung de posiiven Ladungen. 3 4

7 Widesand eines Leies Paallelschalung von Widesände Spez. Widesand Blu 50 gaue Hinmasse 300 weisse Hinmasse 700 Hau 000 Fe 500 l Ω. cm ~ l ~ v ~ /l ~ Q ~ ~ l l ρ spezifische Widesand S einhei: Ωm Knochen p p p eihenschalung von Widesände lekische Somkeis elekische Schalelemene: Baeie Spannungsquelle Widesand Lampe Schale Kondensao 7 8

8 . Kichoffsches Gesez: Knoenegel Kichoffsche Geseze >0 <0 4 <0 3 > k k 0 Kondensao in einem Somkeis: Keis Sei de Kondensao ungeladen vo dem inschalen des Schales: 0. Kichoffsches Gesez: Maschenegel (Summe de Spannungen in eine Masche is 0.) B B 3 3 k k 0 B 3 B 0 9 B B e τ B e τ ufladungsvogang Q 30 Keis, nladungsvogang Wikungen des elekischen Somes Sei de Kondensao aufgeladen vo dem inschalen des Schales: (0) 0 Wämewikung chemische Wikung Somabei: W som Leisung: P W/ lekolyse uso 4 SO u 4 0 e τ 0 nladungsvogang biologische Wikung magneische Wikung τ

9 haakeisiken de elekischen Somimpulse Somampliude mpulsdaue heobase: die Schwellensominensiä, bei de ein Nev/Muskel ein kionspoenial/konakion auslös. honaxie: die minimale Zei, übe die ein eiz mi doppele heobasesäke fliessen muss, um geade noch eegend zu wiken 33 34