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Physik für Mediziner, Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Zahnmediziner und

PharmazeutenPharmazeuten SS2000

18.-20.Vorlesung 2.6./5.6./6.6.2000 Prof. Dr. Alois PutzerProf. Dr. Alois Putzer


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Plan : Nächste VorlesungenPlan : Nächste Vorlesungen Heute:

Elektrizität Danach :

Optik Röntgenstrahlung Radioaktivität Nuklearmedizin Elektromagnetische Wellen Tomographie, Laser,......


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Elektrostatik Elektrische Kräfte bestimmen den Aufbau

der Materie. Positive und negative Ladung Proton (+), Elektron (-) Elektrisch neutraler Zustand : Gleiche

Zahl von positiven und negativen Bausteinen.

Freie Ladung erhält man durch Trennung von negativen und positiven Ladungsträgern.

Elektrostatik : Untersuchung von freien ruhenden Ladungen.


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Elektrische Kraft Elektrische Kräfte gehen von

Ladungen aus und wirken auf Ladungen.

Ladung : 1 C= 1As = 6,242 1018qe (Elektron) qe = 1,602 10-19 C

Coulomb Gesetz (1785)r

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0el e

r²

QQ

επ4

1F

Vm

As8,8510 12

oε


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Einheiten der Elektrizität Strom : I : Ampere : A

(Grundgröße) Ladung : Q: Coulomb : C = As Spannung : U :Volt : V =

Nm/As Leistung : P :Watt : W = VA Energie : W : : Ws =

VC = J


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Elektrisches Feld(1) Jede elektrische Ladung ist

immer von einem elektrischen Feld umgeben.

Bringt man eine Probeladung q in ein elektrisches Feld, so wirkt die Coulombkraft auf diese.

Damit erhalten wir für das elektrische Feld

q

FE el


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Elektrisches Feld (2) Das elektrische Feld einer

Punktladung:

[E] = N/As = V/m Die Richtung des Feldvektors zeigt

in die Richtung in die sich eine positive Probeladung bewegen würde.

r0

er²

Q

4

1

q

FE

π


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Feld einer Punktladung


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Feld zweier ungleicher Ladungen


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Feld zweier gleicher Ladungen


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Elektrisches Feld (3) Richtung der Feldlinien = Richtung des

elektri-schen Feldes Dichte der Feldlinien ist proportional zur

Stärke des elektrischen Feldes. Elektrische Feldlinien beginnen und enden

immer auf Ladungen. Das elektrische Feld steht senkrecht auf

einer Leiteroberfläche=> der Innenraum eines geschlossenen Leiters ist feldfrei (und damit ladungsfrei.)

Das elektrische Feld läßt sich abschirmen: Faradaykäfig.


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Elektrische Spannung(1) Verschiebung einer Ladung im

elektrischen Feld erfordert, analog zur Bewegung einer Masse im Gravitationsfeld, die Arbeit

W=F s = q E s = q E (r1 - r2) = q U12

Die Größe U nennt man die Potentialdifferenz oder elektrische Spannung zwischen den Punkten 1 und 2.

Die Spannung beträgt 1V, wenn zur Ver-schiebung der Ladung 1C die Arbeit 1J erforderlich ist.


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Elektrische Spannung(2) Für die Spannung zwischen zwei

Metall-platten im Abstand d erhält man U = Ed (E = U/d)

Für die Kraft auf die Probeladung q ergibt sich:

F=qE = qU/d und für die Beschleunigung im

elektri-schen Feld: a=F/m = q/m U/d


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Ladungstrennung durch Influenz Bringt man einen ungeladenen

metallischen Leiter in ein elektrisches Feld, so werden die leicht beweglichen Ladungsträger (Elektronen) so verschoben, daß im Inneren kein resultierendes elektrisches Feld vorhanden ist.


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Influenz


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Dielektrikum


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Speicherung von Ladungen:Kondensatoren Die Ladungsmenge Q hängt ab von

der Spannung U, der Fläche der Platten A dem Abstand zwischen den Platten d Q = C U bzw. C=Q/U

(C : Kapazität : Farad [F]

d

AC oε


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Elektrisches Feld mit Dielektrikum Bei Nichtleitern wird das Feld im

Inneren nur geschwächt, da die Ladungen sich nicht bewegen sondern nur ausrichten können.


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Kondensator mit Dielektrikum Bringt man ein Dielektrikum

zwischen die Kondensatorplatten, so ändert sich die Kapazität des Kondensators.


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Elektrische Leitung in Metallen


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Drehspulinstrument


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Schiebewiderstand


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Ohmsches Gesetz : U = R I


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Elektrolyse


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Galvanische Elemente


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Faraday-Gesetz Fließt ein StromI so wird in der

Zeit t die Ladungsmenge Q = I t von den Ionen transportiert. Trägt ein Ion die Ladung z e so sind es N = Q/ze Ionen.

m(g)=Molmasse/z •Q/F F = e NA = 96485 C/mol n(mol) = Q/z.F


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Elektrizitätsleitung im Vakuum


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Zählrohr

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