Ladungen

Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule

Schriftliche Hausarbeit

von Ralf Hirnich

Universitaumlt AugsburgDidaktik der Physik

Elektrostatik

Bereits im Altertum wusste man dass geriebener Bernstein (griechisch elektron)

leichte Koumlrper anzieht

Durch Reibung kann ein Koumlrper in einen veraumlnderten Zustand versetzt werden

er wird bdquoaufgeladenldquo Man spricht daher auch von Reibungselektrizitaumlt

Naumlhern sich zwei elektrisch geladene Koumlrper gibt es zwei Moumlglichkeiten

bull sie ziehen sich anbull sie stoszligen sich ab

Daraus schlieszligt man dass es zwei verschiedene Typen von Ladungen geben muss

Lichtenberg der erste deutsche Professor fuumlr Experimentalphysik definierte diese

beiden Ladungsarten als bdquo+ldquo und bdquo-ldquo

bull Koumlrper mit gleicher Ladung stoszligen einander abbull Koumlrper mit ungleicher Ladung ziehen einander an

2

Die Natur der Ladung

bull Ladung ist das was aufgeladen wirdbull Ladung haumlngt vom Material ab (bernstein- glasartig)bull Elemente koumlnnen geladen werden wenn sie in Loumlsung

gehen (Dissoziation Ionen)

Ladung ist eine Eigenschaft des Elementsbull Elemente haben jeweils typische Atomformenbull Elemente nach der Masse geordnet zeigen periodisch

verschiedene Ladungseigenschaften

(Wertigkeit bdquoPeriodensystemldquo)bull Jedes Atom enthaumllt gleichviele bdquo+ldquo und bdquo-ldquo Ladungen

3

Die Elementarladung

bull Da die elektrische Kraft die ein geladener Koumlrper in einem elektrischen Feld erfaumlhrt von der Ladung des Koumlrpers und der Feldstaumlrke abhaumlngt kann bei bekannter Kraft bzw Feldstaumlrke die Ladung des Koumlrpers bestimmt werden

bull Diese Messmethode hat ab 1909 der amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan benutzt um die winzigen Ladungen kleiner Oumlltroumlpfchen zu bestimmen

bull Millikan erhielt 1923 fuumlr den Nachweis der Quantelung der elektrischen Ladung den Nobelpreis

4

Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein beobachtetes positiv geladenes Oumlltroumlpfchen zwischen den Kondensatorplatten schwebt so ist seine Gewichtskraft gleich der nach oben gerichteten Feldkraft

5

Bei der Ermittlung der Spannungswerte fuumlr den Schwebezustand kam Millikan immer wieder auf ganz bestimmte Werte Es handelte sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches von e = 1602 bull10-19C

Diese Ergebnis zeigt dass es eine kleinste immer gleiche Ladung e gibt von der alle Ladungen Q ganzzahlige Vielfache sind Q = n bull e

Rutherfords Atommodell

bull Im Jahre 1910 fuumlhrte Rutherford seine Streuexperimente durch um die

Masseverteilung in einem Atom zu bestimmen indem er Goldfolie mit

α-Teilchen beschossbull Er beobachtete dass die allermeisten ungehindert durch die Folie

hindurchgingen bull Er beobachtete aber auch dass einige mit hoher

Geschwindigkeit ruumlckwaumlrts gestreut wurden

Erkenntnissebull Atome haben einen Durchmesser von 10-10 mbull Nahezu die gesamte Masse ist jedoch im Atomkern mit

einem Durchmesser von 10-14 m konzentriertbull Die gesamte positive Ladung des Atoms traumlgt der Atomkernbull Die gesamte negative Ladung tragen die Elektronen der Atomhuumllle bull Ihre Masse betraumlgt nur 12000 der Kernmasse

6

Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Elektrostatik

Bereits im Altertum wusste man dass geriebener Bernstein (griechisch elektron)

leichte Koumlrper anzieht

Durch Reibung kann ein Koumlrper in einen veraumlnderten Zustand versetzt werden

er wird bdquoaufgeladenldquo Man spricht daher auch von Reibungselektrizitaumlt

Naumlhern sich zwei elektrisch geladene Koumlrper gibt es zwei Moumlglichkeiten

bull sie ziehen sich anbull sie stoszligen sich ab

Daraus schlieszligt man dass es zwei verschiedene Typen von Ladungen geben muss

Lichtenberg der erste deutsche Professor fuumlr Experimentalphysik definierte diese

beiden Ladungsarten als bdquo+ldquo und bdquo-ldquo

bull Koumlrper mit gleicher Ladung stoszligen einander abbull Koumlrper mit ungleicher Ladung ziehen einander an

2

Die Natur der Ladung

bull Ladung ist das was aufgeladen wirdbull Ladung haumlngt vom Material ab (bernstein- glasartig)bull Elemente koumlnnen geladen werden wenn sie in Loumlsung

gehen (Dissoziation Ionen)

Ladung ist eine Eigenschaft des Elementsbull Elemente haben jeweils typische Atomformenbull Elemente nach der Masse geordnet zeigen periodisch

verschiedene Ladungseigenschaften

(Wertigkeit bdquoPeriodensystemldquo)bull Jedes Atom enthaumllt gleichviele bdquo+ldquo und bdquo-ldquo Ladungen

3

Die Elementarladung

bull Da die elektrische Kraft die ein geladener Koumlrper in einem elektrischen Feld erfaumlhrt von der Ladung des Koumlrpers und der Feldstaumlrke abhaumlngt kann bei bekannter Kraft bzw Feldstaumlrke die Ladung des Koumlrpers bestimmt werden

bull Diese Messmethode hat ab 1909 der amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan benutzt um die winzigen Ladungen kleiner Oumlltroumlpfchen zu bestimmen

bull Millikan erhielt 1923 fuumlr den Nachweis der Quantelung der elektrischen Ladung den Nobelpreis

4

Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein beobachtetes positiv geladenes Oumlltroumlpfchen zwischen den Kondensatorplatten schwebt so ist seine Gewichtskraft gleich der nach oben gerichteten Feldkraft

5

Bei der Ermittlung der Spannungswerte fuumlr den Schwebezustand kam Millikan immer wieder auf ganz bestimmte Werte Es handelte sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches von e = 1602 bull10-19C

Diese Ergebnis zeigt dass es eine kleinste immer gleiche Ladung e gibt von der alle Ladungen Q ganzzahlige Vielfache sind Q = n bull e

Rutherfords Atommodell

bull Im Jahre 1910 fuumlhrte Rutherford seine Streuexperimente durch um die

Masseverteilung in einem Atom zu bestimmen indem er Goldfolie mit

α-Teilchen beschossbull Er beobachtete dass die allermeisten ungehindert durch die Folie

hindurchgingen bull Er beobachtete aber auch dass einige mit hoher

Geschwindigkeit ruumlckwaumlrts gestreut wurden

Erkenntnissebull Atome haben einen Durchmesser von 10-10 mbull Nahezu die gesamte Masse ist jedoch im Atomkern mit

einem Durchmesser von 10-14 m konzentriertbull Die gesamte positive Ladung des Atoms traumlgt der Atomkernbull Die gesamte negative Ladung tragen die Elektronen der Atomhuumllle bull Ihre Masse betraumlgt nur 12000 der Kernmasse

6

Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Die Natur der Ladung

bull Ladung ist das was aufgeladen wirdbull Ladung haumlngt vom Material ab (bernstein- glasartig)bull Elemente koumlnnen geladen werden wenn sie in Loumlsung

gehen (Dissoziation Ionen)

Ladung ist eine Eigenschaft des Elementsbull Elemente haben jeweils typische Atomformenbull Elemente nach der Masse geordnet zeigen periodisch

verschiedene Ladungseigenschaften

(Wertigkeit bdquoPeriodensystemldquo)bull Jedes Atom enthaumllt gleichviele bdquo+ldquo und bdquo-ldquo Ladungen

3

Die Elementarladung

bull Da die elektrische Kraft die ein geladener Koumlrper in einem elektrischen Feld erfaumlhrt von der Ladung des Koumlrpers und der Feldstaumlrke abhaumlngt kann bei bekannter Kraft bzw Feldstaumlrke die Ladung des Koumlrpers bestimmt werden

bull Diese Messmethode hat ab 1909 der amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan benutzt um die winzigen Ladungen kleiner Oumlltroumlpfchen zu bestimmen

bull Millikan erhielt 1923 fuumlr den Nachweis der Quantelung der elektrischen Ladung den Nobelpreis

4

Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein beobachtetes positiv geladenes Oumlltroumlpfchen zwischen den Kondensatorplatten schwebt so ist seine Gewichtskraft gleich der nach oben gerichteten Feldkraft

5

Bei der Ermittlung der Spannungswerte fuumlr den Schwebezustand kam Millikan immer wieder auf ganz bestimmte Werte Es handelte sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches von e = 1602 bull10-19C

Diese Ergebnis zeigt dass es eine kleinste immer gleiche Ladung e gibt von der alle Ladungen Q ganzzahlige Vielfache sind Q = n bull e

Rutherfords Atommodell

bull Im Jahre 1910 fuumlhrte Rutherford seine Streuexperimente durch um die

Masseverteilung in einem Atom zu bestimmen indem er Goldfolie mit

α-Teilchen beschossbull Er beobachtete dass die allermeisten ungehindert durch die Folie

hindurchgingen bull Er beobachtete aber auch dass einige mit hoher

Geschwindigkeit ruumlckwaumlrts gestreut wurden

Erkenntnissebull Atome haben einen Durchmesser von 10-10 mbull Nahezu die gesamte Masse ist jedoch im Atomkern mit

einem Durchmesser von 10-14 m konzentriertbull Die gesamte positive Ladung des Atoms traumlgt der Atomkernbull Die gesamte negative Ladung tragen die Elektronen der Atomhuumllle bull Ihre Masse betraumlgt nur 12000 der Kernmasse

6

Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Die Elementarladung

bull Da die elektrische Kraft die ein geladener Koumlrper in einem elektrischen Feld erfaumlhrt von der Ladung des Koumlrpers und der Feldstaumlrke abhaumlngt kann bei bekannter Kraft bzw Feldstaumlrke die Ladung des Koumlrpers bestimmt werden

bull Diese Messmethode hat ab 1909 der amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan benutzt um die winzigen Ladungen kleiner Oumlltroumlpfchen zu bestimmen

bull Millikan erhielt 1923 fuumlr den Nachweis der Quantelung der elektrischen Ladung den Nobelpreis

4

Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein beobachtetes positiv geladenes Oumlltroumlpfchen zwischen den Kondensatorplatten schwebt so ist seine Gewichtskraft gleich der nach oben gerichteten Feldkraft

5

Bei der Ermittlung der Spannungswerte fuumlr den Schwebezustand kam Millikan immer wieder auf ganz bestimmte Werte Es handelte sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches von e = 1602 bull10-19C

Diese Ergebnis zeigt dass es eine kleinste immer gleiche Ladung e gibt von der alle Ladungen Q ganzzahlige Vielfache sind Q = n bull e

Rutherfords Atommodell

bull Im Jahre 1910 fuumlhrte Rutherford seine Streuexperimente durch um die

Masseverteilung in einem Atom zu bestimmen indem er Goldfolie mit

α-Teilchen beschossbull Er beobachtete dass die allermeisten ungehindert durch die Folie

hindurchgingen bull Er beobachtete aber auch dass einige mit hoher

Geschwindigkeit ruumlckwaumlrts gestreut wurden

Erkenntnissebull Atome haben einen Durchmesser von 10-10 mbull Nahezu die gesamte Masse ist jedoch im Atomkern mit

einem Durchmesser von 10-14 m konzentriertbull Die gesamte positive Ladung des Atoms traumlgt der Atomkernbull Die gesamte negative Ladung tragen die Elektronen der Atomhuumllle bull Ihre Masse betraumlgt nur 12000 der Kernmasse

6

Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein beobachtetes positiv geladenes Oumlltroumlpfchen zwischen den Kondensatorplatten schwebt so ist seine Gewichtskraft gleich der nach oben gerichteten Feldkraft

5

Bei der Ermittlung der Spannungswerte fuumlr den Schwebezustand kam Millikan immer wieder auf ganz bestimmte Werte Es handelte sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches von e = 1602 bull10-19C

Diese Ergebnis zeigt dass es eine kleinste immer gleiche Ladung e gibt von der alle Ladungen Q ganzzahlige Vielfache sind Q = n bull e

Rutherfords Atommodell

bull Im Jahre 1910 fuumlhrte Rutherford seine Streuexperimente durch um die

Masseverteilung in einem Atom zu bestimmen indem er Goldfolie mit

α-Teilchen beschossbull Er beobachtete dass die allermeisten ungehindert durch die Folie

hindurchgingen bull Er beobachtete aber auch dass einige mit hoher

Geschwindigkeit ruumlckwaumlrts gestreut wurden

Erkenntnissebull Atome haben einen Durchmesser von 10-10 mbull Nahezu die gesamte Masse ist jedoch im Atomkern mit

einem Durchmesser von 10-14 m konzentriertbull Die gesamte positive Ladung des Atoms traumlgt der Atomkernbull Die gesamte negative Ladung tragen die Elektronen der Atomhuumllle bull Ihre Masse betraumlgt nur 12000 der Kernmasse

6

Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Rutherfords Atommodell

bull Im Jahre 1910 fuumlhrte Rutherford seine Streuexperimente durch um die

Masseverteilung in einem Atom zu bestimmen indem er Goldfolie mit

α-Teilchen beschossbull Er beobachtete dass die allermeisten ungehindert durch die Folie

hindurchgingen bull Er beobachtete aber auch dass einige mit hoher

Geschwindigkeit ruumlckwaumlrts gestreut wurden

Erkenntnissebull Atome haben einen Durchmesser von 10-10 mbull Nahezu die gesamte Masse ist jedoch im Atomkern mit

einem Durchmesser von 10-14 m konzentriertbull Die gesamte positive Ladung des Atoms traumlgt der Atomkernbull Die gesamte negative Ladung tragen die Elektronen der Atomhuumllle bull Ihre Masse betraumlgt nur 12000 der Kernmasse

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Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Schalenstrukturmodell

bull Atome geben leicht Elektronen ab bzw nehmen leicht Elektronen auf wenn die dadurch entstehenden Ionen eine aumluszligere Schale mit 8 Atomen aufweisen (bdquoOktettregelldquo)

bull Diesen energetisch guumlnstigen Zustand nennt man bdquoEdelgaskonfigurationldquobull Die Wertigkeit gibt an ob und wie viele Elektronen angenommen oder

abgegeben werden um diesen Zustand zu erreichen

Calcium +2-wertig Chlor -1-wertig

7

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

8

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

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Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen

bull Auf leitende Oberflaumlchen sind Ladungen sind frei beweglichbull Gleichnamige Ladungen verteilen sich aufgrund der abstoszligenden

Kraftwirkung gleichmaumlszligig

Kraftwirkung laumlngs der Oberflaumlche bull Feldverstaumlrkung an Spitzen (Blitzableiter)bull Ladungen sitzen auf leitenden Hohlkoumlrpern

stets auszligen (Faradyscher Kaumlfig)

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Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld

Fuumlr die Darstellung elektrischer Felder durch Feldlinienbilder gelten folgende

Festlegungen

bull Die elektrischen Feldlinien beginnen auf positiven Ladungen und enden auf negativen

bull Auf Leiteroberflaumlchen stehen Feldlinien stets senkrechtbull In einem elektrischen Feld schneiden sich Feldlinien nichtbull Die Groumlszlige einer felderzeugenden Ladung wird durch die Anzahl der Feldlinien

pro Flaumlcheneinheit (Feldliniendichte) dargestellt

9

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

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• Die Elementarladung
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• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
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• Aufladungsmaschinen
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• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Ladungsnachweis mit dem Elektrometer

bull Mit dem Elektrometer koumlnnen Ladungen nachgewiesen bzw verglichen werden

bull Die Aufladung erfolgt durch bdquoAbstreifenldquobull Die aufgetragene Ladung verteilt sich gleichmaumlszligig auf einem fest

stehenden Metallstab und einem leicht drehbaren Metallzeiger bull Der bewegliche Zeiger spreizt sich vom Stab weg weil Stab und

Zeiger gleichartig geladen sind

10

Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

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• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
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• Schalenstrukturmodell
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• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
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• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
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Influenz auf elektrischen Leitern

bull Gleichnamige elektrischen Ladungen stoszligen sich gegenseitig ab ungleichnamige ziehen sich an

bull Bringt man einen Koumlrper mit leitfaumlhiger Oberflaumlche in ein elektrisches Feld so veraumlndert sich darauf die Ladungsdichte

bull Dies geschieht da negative und positive Ladungen durch die Wirkung dieses Feldes in entgegengesetzte Richtungen streben

bull Die Ladungstraumlger verteilen sich die Gesamtladung des Koumlrpers bleibt jedoch konstant

bull Influenz zur Ladungstrennung ist das grundlegende Funktionsprinzip beim Bandgenerator bzw der Influenzmaschine

11

Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

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• Ladungsspeicher Kondensator
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Aufladungsmaschinen

Bandgenerator Influenzmaschine

12

Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

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=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
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• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
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• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
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Ladungen in leitenden Materialien

bull Stoffe in denen sich elektrische Ladungen bewegen koumlnnen nennt

man elektrische Leiterbull Zu den Leitern gehoumlren die Metalle und Kohlenstoffe (Graphit Kohle)

aber auch verduumlnnte Saumluren und Laugen bull Diese Stoffe vorzugsweise Metalle sind +1- oder +2-wertig

bull Dies hat zur Folge dass die aumluszligersten

Elektronen leicht vom Atom geloumlst und

durch das Material bewegt werden koumlnnen

13

=gt Ladungsbewegung Strom

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Strom als Bewegung von Ladungen

bull Strom ist definiert als die Bewegung von Ladungen Physikalische Stromrichtung negative Ladungen bewegen sich von minus nach plus

Technische Stromrichtung positive Ladungen bewegen sich von plus nach minus

bull Die Menge der Ladungen die pro Zeiteinheit

eine Messstelle passiert bezeichnet man als

Stromstaumlrke bull Sie ist Basisgroumlszlige des Internationalen Einheitensystems und wird in Ampere (A)

gemessenbull Ein Ampere ist die Staumlrke eines elektrischen Stromes der durch zwei geradlinige

parallele Leiter mit einem Abstand von einem Meter flieszligt und der zwischen den

Leitern je Meter Laumlnge eine Kraft von 210-17 N hervorruft

bull Symbol I bull Maszligeinheit [I] = [Q] [t] = 1 Cs = 1 A (Ampere) bull Definitionsgleichung I = Q t

14

Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

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24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

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Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

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• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
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• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
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• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
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Ladung im StromkreisIm unverzweigten Stromkreis ist

die Stromstaumlrke an jeder Stelle

gleich groszlig

Im verzweigten Stromkreis ist die

Gesamtmenge der Ladungen an

jeder Schnittstelle gleich groszlig

15

24V ndash 24V ndash

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

16

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

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Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
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• Ladungen in leitenden Materialien
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• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Gluumlhelektrischer Effekt

bull In einer evakuierten Roumlhre ist eine Elektrode als Spirale die andere als

gegenuumlberstehende Platte ausgebildet bull Legt man eine Spannung an die Elektroden an so flieszligt kein messbarer Strom bull Nun laumlsst man einen Heizstrom durch die Wendel flieszligen und bringt sie zum

Gluumlhen bull Aus dem gluumlhenden Draht treten negative Ladungstraumlger aus die den Strom

durch die Roumlhre hindurch bewirken bull Diese Erscheinung bezeichnet man als gluumlhelektrischen Effekt bull Er wurde im Jahre 1883 von Thomas Edison entdeckt

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Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

17

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

18

• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Ladungsspeicher Kondensator

bull Kondensatoren sind Bauelemente die elektrische Ladungen und folglich elektrische Energie speichern koumlnnen

bull Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenuumlberliegenden

Metallplatten die durch das dazwischenliegende Dielektrikum elektrisch getrennt

sindbull Legt man eine Spannung an so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein

elektrisches Feld bull Eine Platte nimmt positive die andere gleichviele negative Ladungen auf bull Die Eigenschaft eines Bauteils eine elektrische Energie zu speichern nennt man

Kapazitaumlt Sie gibt die Ladungsmenge an die bei einer bestimmten Feldstaumlrke gespeichert werden kann

C = QU

Einheit 1F = 1CV = 1 AsV

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Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

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• Ladungen Wichtiges Grundwissen fuumlr den Lehramtsstudierenden d
• Elektrostatik
• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
• Rutherfords Atommodell
• Schalenstrukturmodell
• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
• Ladungen in leitenden Materialien
• Strom als Bewegung von Ladungen
• Ladung im Stromkreis
• Gluumlhelektrischer Effekt
• Ladungsspeicher Kondensator
• Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitz

Natuumlrlicher Ladungsausgleich ndash Der Blitzbull Aufwinde im Inneren der Gewitterwolke

bewirken eine Ladungstrennungbull Am oberen Rand befinden sich positiv

geladene Eiskristalle am unteren Rand negativ geladene Wassertroumlpfchen

bull Der negativ geladene bdquoLeitblitzldquo schiebt sich wie ein Schlauch in Richtung Erde

bull Ein von der Erde ausgehender bdquoGegenblitzldquo trifft mit ihm zusammen und bildet so den eigentlichen Hauptblitz

bull Dabei wird die Umgebungsluft bis auf 30000deg C erhitzt und dehnt sich dabei explosionsartig aus

bull Es donnert

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• Die Natur der Ladung
• Die Elementarladung
• Wird die elektrische Feldstaumlrke so eingestellt dass ein
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• Ladungen auf leitenden Oberflaumlchen
• Kraftfeld einer Ladung elektrisches Feld
• Ladungsnachweis mit dem Elektrometer
• Influenz auf elektrischen Leitern
• Aufladungsmaschinen
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