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6 Elektrizitätslehre
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Elektrizitätslehre
Fragen in den letzten 10 Examen: 7
Die Elektrizitätslehre spielt in der Medizin eine
große Rolle, z. B. bei der Untersuchung von
elektrischen Vorgängen im Körper oder dem
Einsatz von elektrischen Geräten zur Diagnose oder Therapie.
Im Physikum werden deshalb
häufig Fragen zur Elektrizitätslehre gestellt.
6.1
In einem System von vielen Ladungen ist die
Kraft F auf eine ganz bestimmte Ladung Q die
Summe der Coulomb-Kräfte zwischen Q und
allen anderen Ladungen. Diese Vektoraddition
muss wiederholt werden, sobald sich die Position oder der Betrag der Ladung Q ändert. Das
elektrische Feld ist dagegen unabhängig von Q.
Elektrostatik
Die Elektrostatik beschreibt die Wechselwirkung zwischen ruhenden elektrischen Ladungen.
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6.1.3 Elektrisches Feld
6.1.1 Ladung
Die elektrische Ladung ist die Basis für die
Elektrizitätslehre. Im SI-Einheitensystem ist
sie aber keine Basisgröße, sondern wird über
den elektrischen Stromfluss I und die Zeit t definiert: Q = I ∙ Δt
[Q] = A ∙ s = C (Coulomb)
Die elektrische Ladung kann positiv oder negativ sein. Sie kommt nur als ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung e = 1,6 ∙ 10−19 C
vor, denn dieTeilchen mit der kleinsten Ladung
sind das Proton (Ladung +e) und das Elektron
(Ladung −e).
6.1.2 Coulomb-Kraft
Positive und negative Ladungen ziehen sich
gegenseitig an, Ladungen mit dem gleichen
Vorzeichen stoßen sich ab. Der Betrag der Coulomb-Kraft ist umso größer, je größer die Ladungen sind und je kleiner der Abstand zwischen den Ladungen ist.
Das elektrische Feld einer Ladungsverteilung
kann gemessen oder (für besondere Fälle) berechnet werden. Dabei wird an jedem Punkt im
Raum festgestellt, welche Kraft F auf eine positive Probeladung (q = +e) wirkt. Diese Kraft
geteilt durch q ergibt die elektrische Feldstärke E an diesem Punkt:
E=
F
q
[E] =
V
m
Die elektrische Feldstärke ist genau wie die
Coulomb-Kraft eine vektorielle Größe und
zeigt in dieselbe Richtung. Kennst du E, kannst
du leicht die Kraft auf irgendeine Ladung Q
ausrechnen.
6.2
Elektrischer Strom
Elektrischer Strom ist der Fluss von elektrischen Ladungen in einem Medium. In Metallen wird die Ladung von frei beweglichen Elektronen transportiert, in Elektrolyten bewegen
sich positive und negative Ionen.
6.2.1 Spannung
Das elektrische Potenzial an einem Ort ist ein
Maß für den Energiegehalt, den eine Probeladung dort hätte. Ist das elektrische Potenzial
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