Vorlesung 3

1
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien I
Feld zwischen zwei Punktladungen (pos. und neg.)
+
+
-
-
Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten
sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).
+
-
Schematische Darstellung der el. Feldlinien zwischen
zwei gleichgroßen, entgegengesetzten Ladungen
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Caren Hagner V3 11.5.2007
2
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien II (Feld einer Punktladung)
++
+
--
+
-
-
Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten
sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).
+
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-
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3
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien III (Faraday Käfig)
+
+
-
-
Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten
sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).
Kein Feld in Inneren
des Metallrings!
Der Ring wirkt als
Faraday-Käfig und schirmt
das elektrische Feld ab.
+
-
Kein el. Feld im Inneren des Rings = Faradayscher Käfig
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4
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien IV (Plattenkondensator)
+
Zwischen zwei Platten herrscht ein
homogenes elektrisches Feld.
(d.h. Feld ist zwischen den Platten
überall gleich stark und
hat die gleiche Richtung).
Im Randbereich ist das elektrische Feld inhomogen
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5
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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6
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.
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Beispiel: 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
d = 10 cm
U = 1000V
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Die Kraft auf das Elektron ist
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8
Kondensator und Kapazität
Kondensator:
Kapazität C:
d
U
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9
Kondensatoren
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Kondensatorschaden!
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10
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:
A
C = ε0 ⋅
d
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Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum
Messung
der Ladung
Dielektrikum
(hier: Plexiglas)
Spannungsversorgung
Die Spannung wird konstant gehalten.
Beim Einschieben des Dielektrikums nimmt die Ladung auf den Platten zu.
-> Die Kapazität des Kondensators nimmt zu!
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12
Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum
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Kondensator mit Dielektrikum
+
+ +
+ +
+ +
+ -
+ + + -
+
+ -
+ -
+ -
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Zusammenfassung:
Q
C=
U
Kapazität:
+Q
-Q
Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V
Kapazität eines Plattenkondensators:
Fläche A
A
C = ε0 ⋅
d
d
U
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Mit Dielektrikum:
Q
C=
U
Kapazität:
+Q
-Q
Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V
Kapazität eines Plattenkondensators:
Fläche A
A
C = ε 0ε ⋅
d
ε
Dielektrizitätskonstante ε (Permittivität):
d
U
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Vakuum
Luft
Plexiglas
Glas
Wasser
1
1.00059
3.40
5-10
80
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5.2. Elektrodynamik (bewegte Ladungen)
q v
(Herleitung sh. Lehrbuch)
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Stromwirkungen:
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18
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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20
Strom – Spannungs – Kennlinie
Dargestellt sind Beispiele wie Kennlinien von Objekten aussehen können.
Nächstes Mal werden diese Kurven gemessen, dann wird auch der Verlauf
genauer erklärt.
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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:
Bei höherer Temperatur, mehr Stöße am Gitter → größerer Widerstand
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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:
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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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:
(Details sh. Faraday Gesetze)
Widerstand entsteht durch Viskosität der Flüssigkeit
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