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Elektrizitätslehre II Äquipotentialflächen E Äquipotentialflächen verlaufen senkrecht zu den Feldlinien Bewegung an einer Äquipotentialfläche: keine Arbeit! Medizinische Anwendung: EKG UEKG Ladungsspeiherung +Q -Q Kondensator Kapazität des Kondensators Q= C U Q C= U Dielektrikum zwischen Kondensatorplatten Ladungsspeicherungsfächigkeit Einheit: Farad, F 1F = C = ε 0ε r 1C 1V Für Plattenkondensator gilt: C = ε0 A d Ohne Feld Polarisierbare Moleküle Polare Moleküle Im elektr. Feld +Q -Q +Q -Q A d Energiespeicherung im Kondensator Welche Energie ist nötig um einen Kondensator mit Q Ladung an U Spannung aufzuladen? Aufladung in kleinen Schritten: ∆Q Teilladung wird von einer Platte zur anderen Platte gebracht Erste Teilladung: Ohne Energie! ∆Q Kein Feld ! Q=0 Zweite Teilladung Gebrauchte Energie: ∆W1 = ∆Q U1 ∆Q Q=-∆Q Q=+∆Q U1 = ∆Q C ∆Q Q=-N∆Q N+1 –ster Schritt: ∆WN = ∆Q UN Q=+N∆Q UN = N Q=0 ∆Q C U=0 Graphische Darstellung der Aufladungsenergie U W1 Wletzte Die in dem Kondensator gespeicherten Energie: Q2 W = U Q = CU = C 1 2 1 2 2 1 2 (Q=UC) U ∆Q Q Spannung Wges = 12 U ges Qges Uges W = 12 U Q U Analogie: Qges Q Q Ladung F W s Parallelschaltung von Kondensatoren: Reihenschaltung von Kondensatoren: U +Q1 C1 -Q1 +Q2 C2 -Q +Q U1 -Q2 +Q1 +Q2 U C2 U2 C1 -Q1 U1 Cp -Q2 UC p = UC1 + UC2 U1=U2=U -Q Cp U = U1 + U 2 Q = Q1 + Q2 U2 +Q Q1-Q2=0 Q1=Q2=Q Q Q Q = + C r C1 C 2 1 1 1 = + C r C1 C 2 C p = C1 + C2 Parallel und Reihenschaltung von Kondensatoren: C1 A1 C2 A2 Cp A1+A2 Parallel- und Reichenschaltung von mehreren Kondensatoren: C1 C1 d2 d1 Cp 1 1 1 1 = + + + ... C r C1 C 2 C 3 d1+d2 C~A C p = C1 + C 2 C p = C1 + C2 + C3 + ... C~1/d d~1/C 1 1 1 = + C r C1 C 2 Strom im Vakuum: Elektrischer Strom Strom = Bewegung der Ladungen Strom im Vakuum Strom im Gas Strom in Flüssigkeit (Lösung) Strom im Festkörper Freie Ladungsträger werden im elektrischen Feld beschleunigt : E q v F m U F a= m W = Uq = 12 mv 2 Elektrische Energie => mechanische Energie Strom im Gas Ladungsträger: Ionen und Elektronen Gasatome q F E v m Freier Weg (Beschleunigung) T~ durchschnittliche kin. E Elastischer Zusammenstoß Abbremsung,Energieübergabe => Wärme, Licht Strom in Lösungen Elektrolyt: Ionen + und – z.B. Na+ Cl- ;Ca2+ CO32- Wassermoleküle E Elektrische Energie => Wärme +chemische Energie Strom in Metalle: Wanderung der Elektronen. K L Bemerkung: Wärmebewegung (km/s) Strombewegung (mm/s) (Driftgeschwindigkeit) K K L Strom in Metalle Metall: Feste Atomkerne mit geschlossenen Elektronenhüllen Die Elektronen der äußere Hüllen bewegen sich frei. (Sie sind „kollektive“ Elektronen) Al Atom Al Metall 3 8 K K K 2 K L L L L 13=Z M L U Zusammenstoß mit der Atome => => Wärme Elektrische Energie => Wärmeenergie Analogie: Warenhaus Wirkungen des Stromes Elektrische Stromstärke ∆Q I= ∆t Durch einen Leiterquerschnitt während ∆t Zeit durchgeflossene Ladung Einheit: Ampere (A) 1A = 1C/1s Konventionelle Stromrichtung: Bewegungsrichtung der positive Ladungen. Bei Metallen gilt ein Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke: I ~ U d.h. U/I ist konstant. Diese Konstante wird als Widerstand bezeichnet: R= U I Einheit : Ohm Ω = Ohmsches Gesetz V A Wärmewirkung Chemische Wirkung Magnetische Wirkung (Biologische Wirkung) (Lichtwirkung)
