Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien I Feld ... · Wiederholung: Elektrisches Feld und...

Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V3 11.5.2007

1Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien I

Feld zwischen zwei Punktladungen (pos. und neg.)

+ -

+ - + -

Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richtensie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).

Schematische Darstellung der el. Feldlinien zwischenzwei gleichgroßen, entgegengesetzten Ladungen


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+ - + -


-+

+ - + -

Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien II (Feld einer Punktladung)


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Kein el. Feld im Inneren des Rings = Faradayscher Käfig

+ -Kein Feld in Innerendes Metallrings!Der Ring wirkt als Faraday-Käfig und schirmtdas elektrische Feld ab.

+ -+ -

Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien III (Faraday Käfig)


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+ -

Zwischen zwei Platten herrscht einhomogenes elektrisches Feld.(d.h. Feld ist zwischen den Platten überall gleich stark und hat die gleiche Richtung).

Im Randbereich ist das elektrische Feld inhomogen

Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien IV (Plattenkondensator)


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Potenzielle Energie und Arbeit im elektrischen Feld

Wichtig: Die Arbeit die nötig ist um q von A nach B zu bringen, hängt nicht vom

gewählten Weg ab!


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Potenzialdifferenz = Spannung(immer zwischen zwei Punkten!)

Die Spannung zwischen zwei Punkten wird aus der Arbeit berechnet die nötig ist, um eine Testladung q von einem zum anderen Punkt zu bringen.

Einheit der Spannung (Potentialdifferenz):

Oft wählt man irgendeinen Punkt als Nullpunkt (Referenzpunkt).Die Spannung relativ zu diesem Punkt nennt man Potenzial Φ.


7Beispiel: Plattenkondensator (homogenes elektrisches Feld zwischen den Platten)

+ -Um ein Elektron von der positiven Platte auf die negative Platte zu bringen benötigt man die Arbeit:

Die Feldstärke zwischen den Platten ist

Die Kraft auf das Elektron istU = 1000V

d = 10 cm


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Kondensator und Kapazität

Kapazität C:

Kondensator:

d

U


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Kondensatoren Kondensatorschaden!


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Versuch: Änderung des Plattenabstands eines Plattenkondensators

Spannung zwischen den Platten 1000V.

Ladung auf den Platten wird gemessen.

Verdoppelt man den Abstand der Platten (dann wird C halbiert) und lässt die Spannung konstant, dann halbiert sich die Ladung (wegen C=Q/U).

Kapazität eines Plattenkondensators:

dAC ⋅= 0ε


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Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum

Die Spannung wird konstant gehalten.Beim Einschieben des Dielektrikums nimmt die Ladung auf den Platten zu.-> Die Kapazität des Kondensators nimmt zu!

Messungder Ladung

Dielektrikum(hier: Plexiglas)

Spannungs-versorgung


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Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum


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Kondensator mit Dielektrikum

++++++++++

----------

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+


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Zusammenfassung:

Kapazität:UQC = Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V


dAC ⋅= 0ε

d

U

+Q -Q

Fläche A


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Mit Dielektrikum:

Kapazität:UQC = Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V


dAC ⋅= εε 0

d

U

+Q -Q

Fläche A

ε

Dielektrizitätskonstante ε (Permittivität):

Vakuum 1Luft 1.00059Plexiglas 3.40Glas 5-10Wasser 80


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5.2. Elektrodynamik (bewegte Ladungen)

q v

(Herleitung sh. Lehrbuch)


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Stromwirkungen:


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Versuch: leuchtende Gurke(Wie wirkt Strom auf biologisches/organisches Material?)

http://www.physnet.uni-hamburg.de/ex/html/versuche/elmag/E06_14/e06_14.mpg(Video dazu)


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5.2.2 Elektrischer Widerstand

(manchmal verwendet man auch den Leitwert G = I/U mit Einheit 1 Siemens)


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Strom – Spannungs – Kennlinie

Dargestellt sind Beispiele wie Kennlinien von Objekten aussehen können.Nächstes Mal werden diese Kurven gemessen, dann wird auch der Verlaufgenauer erklärt.


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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:

Bei höherer Temperatur, mehr Stöße am Gitter → größerer Widerstand


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Ge Ge

Ge

Ge

Ge

Sehr stabile Struktur, alle Elektronen werden für Bindungen benötigt,

Bei höherer Temperatur werden Elektronen aus Bindungen gelöst,

Der elektrische Widerstand sinkt bei höherer Temperatur


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Widerstand entsteht durch Viskosität der Flüssigkeit

(Details sh. Faraday Gesetze)

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