r = F = q E Einheit: N/C oder V/m q

Transkript

1 1 Wiederholung: Elektrische Ladung: Einheit 1 Coulomb = 1 C (= 1 As) Elementarladung e = C Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen: r F ' Q1 Q = f 2 r 2 r e r f ' = Nm 2 C 2 Elektrische Feldstärke: r E r F r r = F = q E Einheit: N/C oder V/m q

2 Wie kann man ein elektrisches Feld darstellen? 2 Feldlinien: Beispiele: Regeln für Feldlinien:

3 3 Versuch: Ausrichten eines Dipols im elektrischen Feld

4 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner 4 Grieskorn (neutral) Grieskorn im elektrischen Feld, Polarisation Es entsteht ein Dipol Ein elektrischer Dipol versucht sich in Richtung der Feldlinien zu drehen! Deshalb zeigen die Grieskörner in Richtung des el. Feldes

5 Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien I Feld zwischen zwei Punktladungen (pos. und neg.) 5 Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen und beträgt hier 10000V). Schematische Darstellung der el. Feldlinien zwischen zwei gleichgroßen, entgegengesetzten Ladungen

6 6 Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien II (Feld einer Punktladung) Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen und beträgt hier 10000V).

7 7 Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien IV (Plattenkondensator) Zwischen zwei Platten herrscht ein homogenes elektrisches Feld. (d.h. Feld ist zwischen den Platten überall gleich stark und hat die gleiche Richtung). Im Randbereich ist das elektrische Feld inhomogen

8 8 Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien III (Faraday Käfig) Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen und beträgt hier 10000V). Kein Feld in Inneren des Metallrings! Der Ring wirkt als FaradayKäfig und schirmt das elektrische Feld ab. Kein el. Feld im Inneren des Rings = Faradayscher Käfig

9 9 Beispiel: Auto als Faradayscher Käfig bei Gewitter

10 Im Inneren eines Faraday Käfigs gibt es kein elektrisches Feld (z.b. Schutz vor Blitz, aber auch allgemein zur Abschirmung elektrischer Felder)

11 Boston Science Museum

12 Potenzielle Energie und Arbeit im elektrischen Feld 12 Wichtig: Die Arbeit die nötig ist um q von A nach B zu bringen, hängt nicht vom gewählten Weg ab!

13 Potenzialdifferenz = Spannung (immer zwischen zwei Punkten!) 13 Die Spannung zwischen zwei Punkten wird aus der Arbeit berechnet die nötig ist, um eine Testladung q von einem zum anderen Punkt zu bringen. Einheit der Spannung (Potentialdifferenz): Oft wählt man irgendeinen Punkt als Nullpunkt (Referenzpunkt). Die Spannung relativ zu diesem Punkt nennt man Potenzial Φ.

14 Beispiel: Plattenkondensator (homogenes elektrisches Feld zwischen den Platten) 14 Um ein Elektron von der positiven Platte auf die negative Platte zu bringen benötigt man die Arbeit: Die Feldstärke zwischen den Platten ist d = 10 cm U = 1000V Die Kraft auf das Elektron ist

15 Beispiel: Plattenkondensator Äquipotenziallinien V 800V 600V 400V 200V 0V 2cm 10cm Ein Teilchen mit Ladung Q=1µC soll von A nach B gebracht werden. Welche Arbeit ist nötig? Welche Spannung liegt zwischen A und B?

16 Beispiel: Beschleunigung von Teilchen im Plattenkondensator V 800V 600V 400V 200V 0V 2cm 10cm Ein Teilchen mit Ladung Q=1µC soll von A nach B gebracht werden. Das Teilchen (Masse m) wird mit konstanter Kraft beschleunigt (a = F/m) Bewegung mit konstanter Beschleunigung Das Teilchen ist bei A in Ruhe. Wie schnell ist es bei B?

17 Kondensator und Kapazität 17 Kondensator: Kapazität C: d U

18 Kondensatoren Kondensatorschaden! 18

19 19 Versuch: Änderung des Plattenabstands eines Plattenkondensators

20 Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum 20 Messung der Ladung Dielektrikum (hier: Plexiglas) Spannungsversorgung Die Spannung wird konstant gehalten. Beim Einschieben des Dielektrikums nimmt die Ladung auf den Platten zu. > Die Kapazität des Kondensators nimmt zu!

21 Kondensator mit Dielektrikum 21

22 22 Zusammenfassung: Kapazität: C = Q U Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V Q Q Kapazität eines Plattenkondensators: Fläche A C = ε 0 A d d U

23 23 Mit Dielektrikum: Kapazität: C = Q U Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V Q Q Kapazität eines Plattenkondensators: ε Fläche A C = ε 0 ε A d Dielektrizitätskonstante ε (Permittivität): d U Vakuum 1 Luft Plexiglas 3.40 Glas 510 Wasser 80