1 Wiederholung: Elektrische Ladung: Einheit 1 Coulomb = 1 C (= 1 As) Elementarladung e = 1.6 10 19 C Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen: r F ' Q1 Q = f 2 r 2 r e r f ' = 8.99 10 9 Nm 2 C 2
Beispiel 5.1: 2 Q A = +2µC A B + + 5cm Q B = +6µC
Beispiel 5.2 (Vektoraddition): 3 Welche Gesamtkraft wirkt auf Ladung C? Q A = +2µC A B + + 5cm Q B = +6µC 5cm 5cm C + Q C = 2µC
Das elektrische Feld 4 Eine Ladungsverteilung erzeugt um sich ein elektrisches Feld An jedem Punkt um eine Ladungsverteilung herrscht ein elektrisches Feld.
5 JavaApplets zum Spielen mit elektrischen Feldern, Feldlinien und Ladungen: http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/nforcefield.html (Testladungen) http://qbx6.ltu.edu/s_schneider/physlets/main/efield.shtml (Verschiedene Ladungsverteilungen, VektorfeldFeldlinien, Bewegung)
Wie kann man ein elektrisches Feld darstellen? 6 Feldlinien: Beispiele: + + + Regeln für Feldlinien:
7 Versuch: Ausrichten eines Dipols im elektrischen Feld +Q Q Elektrischer Dipol (hier: 2 Metallkugeln, mit entgegengesetzter Ladung) 1. Hochspannung wird an die beiden Platten eines Plattenkondensators angelegt. (+3000V linke Platte, 3000V rechte Platte). Der Dipol berührt beide Platten und wird aufgeladen.
Versuch: Ausrichten eines Dipols im elektrischen Feld 8 + + 2. Die Platten werden auseinanderbewegt. > Der Dipol beginnt sich zu drehen, bis seine negative Seite der positiven Platte gegenüber liegt (und umgekehrt). + + 3. Die Hochspannung wird umgepolt. > Der Dipol dreht sich wieder, bis seine negative Seite der positiven Platte gegenüber liegt (und umgekehrt).
Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner 9 + 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
10 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + + 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
11 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + + + + Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und beträgt hier 10000V). +
12 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + 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 Was ändert sich wenn man zwischen die Platten einen Metallring legt? (Antwort nächste Seite)
13 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + + 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
14 Beispiel: Auto als Faradayscher Käfig bei Gewitter
Im Inneren eines Faraday Käfigs gibt es kein elektrisches Feld (z.b. Schutz vor Blitz, aber auch allgemein zur Abschirmung elektrischer Felder)
Boston Science Museum