Materialeigenschaften

Materialeigenschaften Startpaket
Leiter
Nichtleiter
Inhalt
• Leiter
• Nichtleiter
– Polarisation
– Dieelektrikum
– Dipolmoment
Eigenschaften von elektrisch
leitenden Materialien
• Ladungen können sich innerhalb des
leitenden Objekts beliebig bewegen
• Antrieb: Coulomb-Kräfte
– Beachte: anziehend- und abstoßend
Bewegliche Ladung im Leiter
• Ladungen (Elektronen) bewegen sich, bis
sie kräftefrei sind
Antwort von elektrisch leitenden
Materialien auf elektrische Felder
• Die Ladungen verschieben sich, bis sie
kräftefrei sind:
– In den Lagen des Gleichgewichts heben sich
anziehende- und abstoßende Coulomb-Kräfte
auf
• Anwendung: Faradayscher Käfig
Der Faradaysche Käfig
Feldfrei im
Innern!
In einem geschlossenen, leitenden Käfig ist die
elektrische Feldstärke null
Ladungsverteilung im Faradayschen Käfig
• Das Innere eines von einem Leiter umschlossenen Volumens
ist feldfrei
Versuch zum Faradayschen Käfig
•Ein Drahtkäfig mit Elektrometer
steht auf einer leitenden Platte mit
Elektrometer im Inneren des Käfigs.
Beide sind zur Erde isoliert.
•Wird die Anordnung aufgeladen,
dann zeigt das Elektrometer im
Inneren die Ladungsfreiheit.
• Im umschlossenen Volumen ist das Innere feldfrei
Versuch zum Faradayschen Käfig: „Öffnen“ des Käfigs
•Wird der Käfig abgenommen, dann gehört das Elektrometer im
Innenraum zur Oberfläche, auf die sich die Ladung von der
Bodenplatte verteilt: Es zeigt jetzt Ladung an.
• Nur im umschlossenen Volumen ist das Innere feldfrei
Eigenschaften von Isolatoren (1)
• Polarisation bei Annäherung eines geladenen
Stabes:
Eigenschaften von Isolatoren (2)
• Polarisation im homogenen Feld
– Kondensator mit „Dielektrikum“
Q
Antwort von Isolatoren auf
elektrische Felder
• Die Ladungen können im Objekt nicht
beliebig weit verschoben werden
Aber:
• In elementaren Baugruppen, Atomen oder
Molekülen, verlagern sich die
Schwerpunkte negativer und positiver
Ladungen:
• Dadurch entstehen elektrische Dipole
• Man nennt diesen Vorgang Polarisation
Das Dipolmoment

p
Q
 
p  l Q
Q

l
Q

l
1 mC Dipolmoment
1C
Positive Ladung
1m
Vektor von der pos. zur neg. Ladung
Zusammenfassung
• In elektrisch leitenden Materialien sind die
Ladung praktisch frei beweglich
– Sie verschieben sich solange, bis sie
kräftefrei sind
– In Leitern können Ladungen über beliebig
weite Wege transportiert werden
• In Nichtleitern können Ladungen nicht
beliebig weit verschoben werden
– Bei Polarisation verschieben ich die
Ladungsschwerpunkte auf der Skala der
Atomdurchmesser
– Im Material entstehen dadurch Dipole
finis