Elektrische Arbeit

Zwei große Metallplatten sind an den Minus- und Pluspol einer Spannungs-quelle angeschlossen. Dazwischen pendelt ein Tischtennisball mit leitfähigem Überzug hin und her.

Wird der Plattenkonden-sator nach dem Aufladen von der Hochspannung getrennt, dann entlädt die pendelnde Kugel die Platten sehr schnell und die Bewegung kommt zum Stillstand.

el

el

el

Definition der elektrischen Spannung

Die Spannung ist die elektrische Energie dividiert durch die Ladung des Probekörpers (Einheit: Volt)

Achtung Verwechslungs-gefahr: Feldstärke E und Energie Eel

Messung elektrischer Spannung

Eine Spannung wird immer zwischen zwei Punkten eines Stromkreises oder eines Feldes gemessen. Zur Messung von Spannungen werden digitale Voltmeter benutzt. Ein integrierter Baustein wandelt die Spannung direkt in einen Zahlenwert um.

Für einen Meßpunkt im Feld zwischen den Kondensatorplatten ist zusätzlich eine Flammensonde erforderlich. Diese sorgt für eine ausgeglichene Anzahl von positiven und negativen Ladungen und damit einem ungestörten Feld.

Plattenkondensator

A

QE

0

1

UCQ

U

Q

d

AC

0

Kapazität eines Kondensators:

[Farad]

Dielektrikum im Plattenkondensator

Bringt man ein Dielektrikum in einen Plattenkondensator, wird die Polarisation ein dem äußeren Feld entgegengerichtetes Feld aufgebaut. Bei gleicher Ladung nimmt die Feldstärke und damit die Spannung ab, also wird die Kapazität größer.

0CC r

Parallelschaltung

Parallelschaltung:

21 UUU

21 QQQ

UCQQUC ii iCC

Serienschaltung

Serienschaltung:

21 UUU

21 QQQ

i

i C

QUU

C

Q

Gesamtspannungsabfall

iCC

11

Gespeicherte Energie

Um den Kondensator aufzuladen, muß gegen das sich aufbauende E-Feld Arbeit geleistet werden. Um im Ladungszustand Q eine zusätzliche Ladung dQ von ‘-’ nach ‘+’ zu bringen, benötigt man

C

QQUQW

22

0 2

1

2

11UC

C

Qdqq

CW

Q

Ein Kondensator ist ein Ladungs- und Energiespeicher

Elektronenkanone

Mit einem Glühdraht (Glühkathode) werden im Innern einer evakuierten Röhre freie Elektronen erzeugt. Diese werden anschließend zu einer positiven Anode beschleunigt und gelangen dann durch ein Loch zum Leuchtschirm.

Kathodenstrahlröhre

kineel WvmUeW 2

2

1

Die Elektronen werden im homogenen elektrischen Feld abgelenkt.

Millikan Versuch

Eqgm

Gravitationskraft = elektrische Kraft

d

Uqgr 3

3

4

U

dgrq 3

3

4

1e=1,60*10-19[C]

Millikan Versuch

1e=1,60*10-19[C]

Fragen zum Millikan-Versuch

1. Zwischen zwei Metallplatten (Abstand d=1,0cm) soll ein Öltröpfchen (r=0,5*10-6m, Dichte=0,9kg/dm3) zur Schwebe gebracht werden. (g=9,81m/s2)

a) Eines der beobachteten Tröpfchen kommt bei einer Spannung von 144V zur Schwebe. Wie groß ist seine Ladung?

b) Bei welcher Spannung können die am schwächsten geladenen Tröpfchen mit diesem Durchmesser in der Schwebe gehalten werden?