Zusammenfassung Physik 09.09.09

Zusammenfassung Physik (elektrische Feldlehre)
Mark Kremer 09.09.09
Zusammenfassung:
1. Strom
Strom ist bewegte Ladung.
Wenn sich Ladung in einem Leiter in eine Richtung bewegt, weil eine Spannung U angelegt
wird, spricht man von einem elektrischen Strom.
Q
I
Einheiten: [I]=1A, [t]=1s,
[Q]=1C
t
dQ 
Q
Es gilt I 
dt
1.2 Elektrische Ladung:
Wenn ein Körper geladen ist, hat er entweder einen Elektronenüberschuss, sprich er ist
negativ geladen oder er hat einen Elektronenmangel, sprich er ist positiv geladen.
Nichtleiter haben fest gebundene Elektronen.
Leiter haben frei bewegliche Elektronen.
Gleichnamige Ladungen stoßen einander ab.
Ungleichnamige Ladungen ziehen einander an.
1.3 Faraday’scher Käfig
Mit einem Faraday’schen Käfig lassen sich die Wirkungen einer Ladung abschirmen.
Der Faraday’sche Käfig ist auf einem leitendem Material gefertigt und erzeugt ein
gleichstarkes, jedoch entgegengesetztes Feld als die Ladung.
2. Das elektrische Feld
Die Feldlinien des elektrischen Feldes haben die Richtung, die eine positive Ladung auf einen
positiven Körper ausübt. Die Feldlinien symbolisieren auch die Kraftrichtung.
Die Feldlinien verlassen die Oberfläche immer senkrecht.
2.1 Homogenes Feld
Die Kraft in einem Homogenen Feld ist immer gleich, das heißt, dass auch die Feldstärke E
konstant ist.
2.2 Die Feldstärke
Die elektrische Feldstärke ist der Quotient aus der Kraft die auf eine Ladung wirkt und die
Ladung selbst. Es gilt:
F
E   F   1 N  1 NmV  1 V d.h. E  U (gilt nur für den Plattenkondensator)
E
d
Q As VAsm m
Q
3. Energie im E – Feld
Wenn man eine Ladung im elektrischen Feld gegen die Kraft des elektrischen Feldes bewegen

will, benötigt man die Gegenkraft Fa . Diese gleicht der elektrischen im Betrag, da sie
entgegengerichtet ist.
Es gilt:
 
W  Fa * s  Kraft * Weg
 
W  Fa * s * cos 
Wenn man die Bewegung betrachtet, ist nur die Entfernung zum Feld Erzeuger relevant.
Es gilt deshalb:
W  E * q * d 01
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Mark Kremer 09.09.09
3.1 Das Potential
Das elektrische potential im elektrischem Feld ist der Quotient aus der Energie W0i , die man
benötigt um einen geladenen Probekörper vom Punkt P0 nach Pi zu bringen, und seiner
Ladung q.
Merke: Bei einem potential handelt es sich immer um das Verhältnis von zwei Punkten und
deren Ladungen.
Es gilt:
W
Potential :  01 
 E * d 01
q
N
[W]=[E][q][d]  1 * 1C * 1m  1Nm  1J  1Ws
C
Merke: Spannung ist eine Potentialdifferenz: U12 =  02   01
4. Flächenladungsdichte
Ladungen sind die Quellen des elektr. Feldes.
Die Flächenladungsdichte beschreibt das Verhältnis von Ladung zu der Fläche des
Ladungsträgers.
Es gilt:
E *0  
[  ]=1C/m2
 0 =8.85*10-12C/(Vm)
 =Q/A
Merke:
 ist proportional zu Q sowie U sowie E
5. Kapazität
Die Kapazität beschreibt die speicherfähige Ladung eines Kondensators.
Es gilt:
Q = C*U [C]=1C/V= 1F(arad)
Es gilt also:
 A
Q A
A


 0 C
U Ed  * d
d
0
Falls eine Dielektrikum gebildet wurde, muss die Gleichung mit  r ergänzt werden.
Damit die Kapazität möglichst hoch ist, sollten folgende Punkte erfüllt sein:




A sollte möglichst groß sein
Der Abstand sollte möglichst klein sein
Ein Dielektrikum solte zwischen den Platten sein (hohes  r )
U sollte möglichst hoch sein