Vorlesung 2: Elektrostatik
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- Mona Kaufman
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1 Vorlesung 2: Elektrostatik, Folien/Material zur Vorlesung auf: 1 WS 216/17
2 Potentielle Energie un Arbeit im elektrischen Fel r F s r Winkelα zwischen r F un r s Beliebiger Weg von A nach B W BA mit F s E F q qe s W BA F s F s cos(α) W BA? Konservatives Fel: ie Arbeit, ie benötigt wir um q von A nach B zu bringen hängt nicht vom Weg ab! 2 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
3 Potentialifferenz/Spannung PotentialifferenzSpannung (immer zwischen zwei Punkten) BA W q BA BA ist ie elektrische Spannung zwischen A un B. ie Spannung zwischen zwei Punkten wir aus er Arbeit berechnet, ie nötig ist, um eine Testlaung q von einem Punkt zum aneren zu bringen. Einheit er Spannung (Potentialifferenz): 1 Volt 1 Joule/Coulomb Oft wir irgenein Punkt als Referenzpunkt gewählt. ie Spannung gegenüber iesem Punkt wir als Potential bezeichnet. Φ 3 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
4 Plattenkonensator Beispiel: Plattenkonensator (Homogenes elektrisches Fel zwischen en Platten) m ein Elektron von er positiven auf ie negative Platte zu bringen benötigt man ie Arbeit: Zusammenhang zwischen Felstärke un Spannung (Herleitung über ie Kraft auf as Elektron): W W q F q F F q ie elektrische Felstärke ist ann: E F q q q V m 1 cm 4 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
5 Rechenbeispiel 5 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
6 Kapazität eines Konensators Konensator: Soll Laung speichern Kapazität: Wieviel Laung pro angelegter Spannung gespeichert weren kann. Fläche efinition: C Einheit 1C 1F 1V 1 Fara 1V V A Plattenkonensator: C ε 2 12 C mit ε 8,85 1 8, Nm ( über J Nm un J / C V ) ausserem ( später) : As C 12 C Vm 8, As Vm 6 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
7 Konensatoren als elektrische Bauteile 7 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
8 Versuch: Änerung es Plattenabstans eines Konensators Kapazität eines Plattenkonensators: C ε A Versuch: Feste angelegte Spannung zwischen en Platten: 1V Laung auf en Platten wir gemessen Ergebnis: Veroppelt man en Abstan zwischen en Platten un lässt ie Spannung konstant, halbiert sich ie Laung(wegen C/). 8 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
9 Versuch: Plattenkonensator mit ielektrikum ie Spannung wir konstant gehalten. Einfügen eines ielektrikums (z.b. Plexiglas) ie Laungauf em Konensator nimmt zu. ie Kapazität nimmt zu, enn: C 9 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
10 Plattenkonensator mit ielektrikum Kapazität ohne ielektrikum (E) : C mit E : > ε ε : ielektrizitätskonstante (materialabhängig) ε Kapazität mit E : C εc Kapazität mit E ist um einen Faktor ε größer als ohne. Speziell für en Plattenkonensator mit E : C ε C εε A Versuch: Spannung konstant gehalten. Einführen eines ielektrikums Beobachtung: Laung nimmt zu Grun: Kapazität nimmt zu. 1 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
11 WS 216/17 11 Plattenkonensator mit ielektrikum: Konstante Laung ε ε ε ε ε ε schwächer als ohne : 1 ie Spannung un amit ie elektrische Felstärke mit E ist um einen Faktor Konstante Laung : Neutralisierung es elektrischen Feles Teilweise Entstehung von Polarisationslaungen im ielektrikum E E C C Versuch: Abklemmen er Spannungsquelle, ann Einschieben es ielektrikums. Konstante Laung (es kann keine Laung zu oer abfließen).
12 Versuch: Erst Abklemmen er Spannungsquelle, ann Veränern es Plattenabstans Konstante Laung (es kann keine Laung zu oer abfließen). Plattenkonensator: Konstante Laung Plattenkonensator : C εε konstant, halbiert C veroppelt, halbiert A 12 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
13 Zusammenfassung (Konensator) Kapazität(allgemeine efinition) C Einheit 1 Fara 1C/V Kapazität eines Plattenkonensators C ε A Mit ielektrikum: C εε A 13 georg.steinbrueck@esy.e WS 216/17
Vorlesung 2: Elektrostatik
Vorlesung 2: Elektrostatik, georg.steinbrueck@esy.e Folien/Material zur Vorlesung auf: www.esy.e/~steinbru/physikzahnme georg.steinbrueck@esy.e 1 WS 217/18 Potentielle Energie un rbeit im elektrischen
4. Zusammenhang von elektrischer Feldstärke und Spannung eines Kondensators; Kapazität eines Kondensators
4. Zusammenhang von elektrischer Felstärke un Spannung eines Konensators; Kapazität eines Konensators Zusammenhang von elektrischer Felstärke un Spannung eines Plattenkonensators Überlegung: Eine positive
1.1. Der Kondensator Flächenladungsdichte. Versuch 1: Gegeben: wird konstant gehalten,
.. Der Konensator.. Flächenlaungsichte Versuch : Gegeben: wir konstant gehalten, elektrisches Fel E ie Fläche i er Plättchen wir variiert. Fläche er Konensatorplatten ist gegeben, er Betrag er Laung auf
da U E d W. Stark; Berufliche Oberschule Freising W12 U12
.4 Zusammenhang von elektrischer Felstärke un Spannung eines Plattenkonensators n ie positive Platte eins Konensators, er mit einer Stromquelle er Spannung verbunen ist, wir ein zunächst elektrisch neutrales
= 1 und der Ladung Q aufgefasst. Die elektrische Feldstärke beträgt 1, N/C, so dass die Entladung durch einen Blitz unmittelbar bevorsteht.
Aufgaben Konensator 57. Zwei kreisförmige Metallplatten mit em Raius 0 cm, ie parallel im Abstan von 0 cm angeornet sin, bilen einen Plattenkonensator. In er Mitte zwischen en Platten hängt an einem ünnen
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Laungsquantelung Das elektrische Fel als Energiespeicher 79. Das elektrische Fel als Energiespeicher a) Welche Beobachtung legt nahe, ass in einem elektrischen Fel Energie gespeichert ist? b) Zeigen Sie,
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.6 chaltung von Konensatoren. Parallelschaltung von Konensatoren Bei er Parallelschaltung ist ie an en Konensatoren anliegene pannung konstant. s gilt: Die Konensatorgleichung Q C liefert ie sich auf en
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