Elektrizitaet

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Physik für Pharmazeuten
Physik für Pharmazeuten
ELEKTRIZITÄT
Ladungen
Ströme
Magnetismus
El kt i ität
Elektrizität
•
•
wozu ?
wozu ?
elektrische Geräte, Meßmethoden
elektrische
Geräte Meßmethoden
Ladungseffekte: ƒ
ƒ
ƒ
Blitze
Elektrolyte
Lösungen
g
2
El kt i ität
Elektrizität
Elektrostatik
• Elektrische Ladungen
Elektrische Ladungen
ƒ 2 Arten: positiv (+) und negativ (‐)
ƒ anziehend (unterschiedliche Ladungen) und anziehend (unterschiedliche Ladungen) und
abstoßend (gleiche Ladg.)
ƒ elektrische Ladung an materiellen Träger gebunden
ƒ Einheit: Coulomb (1 C = 1 A s)
ƒ elektrische Ladung gequantelt – nur in Vielfachen der eelektrischen Elementarladung |e|=1,602⋅10
e t sc e e e ta adu g |e| ,60 0‐19 C
‐ negative Elementarladung: Elektron (me~9,1⋅10‐31 kg)
+ positive Elementarladung: Proton (mp~1,7⋅10‐27 kg)
ƒ Ladungen bleiben erhalten (in abgeschlossenen Systemen)
Ladungen bleiben erhalten (in abgeschlossenen Systemen)
ƒ Transport von Ladungen (elektrischer Strom) in Leitern (Elektronen frei beweglich, z.B. Metalle); Kein Transport in Isolatoren (Holz, Glas); Halbleiter: geringer Transport
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Elektrizität
• Kräfte zwischen Ladungen
Kräfte zwischen Ladungen
ƒ Zwei elektrische Punktladungen q1 und q2, die sich im Abstand r voneinander befinden, üben Kraft aufeinander aus. (Coulombsches
Gesetz)
G
G G
G G
1 q1q2 r
F1 (r ) =
= −F2 (r )
2
4πε 0 r r
ƒ ε0 = 8,85⋅10‐12 C2N‐1m‐2....Dielektrizitätskonstante
ƒ ähnlich Newtonschem Gravitationsgesetz –
ähnlich Newtonschem Gravitationsgesetz aber hier auch abstoßende aber hier auch abstoßende
Kräfte
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Elektrizität
• Elektrisches Feld
Elektrisches Feld
ƒ in Analogie zu Potentieller Energie: um eine Ladung q' relativ gegen eine andere Ladung q zu verschieben muss Arbeit verrichtet werden. Für kleine Ortsänderung dr'
F ∝ qq ′ / r 2
dW=Fdr', (Kraft hier: ) x2
G G
bzw. gesamte Arbeit aus Integral
bzw. gesamte Arbeit aus Integral Wx1 → x2 = ∫ F dr ′
x1
ƒ Potentielle Energie: Arbeit, die erforderlich ist, um Ladung q' aus unendlicher Entfernung gegen q zu Position r=x2 zu bewegen (x1=∞, aber: F(∞)=0)
ƒ Potential: Arbeit die geleistet werden kann, bei Verschiebung einer g
,
g
G
G
φ (r ) = W∞ (r )/ q ′
Einheitsladung ins unendliche ƒ Elektrisches Feld ist Potentialfeld (Gradient der zu leistenden Arbeit, siehe Mechanik II) zu elektrostatischer Arbeit bzw Kraft
siehe Mechanik II) zu elektrostatischer Arbeit, bzw. Kraft
GG
GG
G
E (r ) = gradW (r )/ q′ = F (r )/ q′
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Elektrizität
• Darstellung des Elektrischen Feldes:
Darstellung des Elektrischen Feldes:
ƒ Kräfte an diskreten Punkten
Länge der Linien∝F
Feld‐ und Potentiallinien eeiner Punktladung
e u t adu g
ƒ verbindet man Linienstücke: Feldlinien (blau, & F)
senkrecht zu Feldlinien: Feld‐ und Potentiallinien Linien gleichen Potentials –
g
zweier Punktladungen
zweier Punktladungen
Potentiallinien (schwarz) 6
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Elektrizität
• Feldkonfigurationen:
Vektorfelder können überlagert werden
überlagert werden
K
K
1 qi
E ges = ∑ Ei = ∑
G 2
i
i 4πε 0 ri 0
K
ri 0
G
ri 0
Leiteroberflächen sind Äquipotentialflächen
‐ Feldlinien senkrecht
Feldlinien senkrecht
‐ kein Feld im Inneren
(Faradaykäfig)
‐ Feld am stärksten an Spitzen
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Elektrizität
• elektrische Spannung: elektrische Spannung: Potentialdifferenz zwischen 2 Punkten im Feld
Potentialdifferenz zwischen 2 Punkten im Feld
ƒ Einheit: 1 V (Volt) =1 J/CrG
G
ƒ mit φ (rG) = −W∞ (rG)/ q ′ = − E (r ′)dr ′
∫
∞
G
G
Spannung U = Δφ = φ (r1 ) − φ (r2 )
ƒ durchläuft geladenes Teilchen q die Potentialdifferenz U, so wird d hlä ft l d
T il h
di P t ti ldiff
U
id
potentielle Energie Wpot= q U in kinetische Energie umgewandelt.
Teilchen wird entlang Feldlinien beschleunigt. (sehr früh relativistische Geschwindigkeiten, ~ bei mV)
G
G
G
Wpot = qU = Wkin , F = ma = qE
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Elektrizität
• Feld zwischen 2 geladenen Platten: wie groß wird Spannung U ?
Feld zwischen 2 geladenen Platten: wie groß wird Spannung U ?
ƒ bewege 2 Platten mit Flächenladung σ auseinander, wende Energie auf:
x2
x2
K G x2 K G
W12 = ∫ Fd
Fdr ' = ∫ q ⋅ E ⋅ dr
d ' = ∫ E ⋅q ⋅d
dx = E ⋅ q ⋅ (x2 − x1 ) ⇒ φ(x)=E⋅ x
x1
x1
x1
U = φ (d) − φ ((0)) = E ⋅ d
ƒ Spannung steigt, wenn Wolken (Wasserdampf) aufsteigen
(Wasserdampf) aufsteigen
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Elektrizität
•
umgekehrt: Welche Ladung kann auf 2 Platten umgekehrt:
Welche Ladung kann auf 2 Platten
aufgebracht werden ?
ε0A
U 1 Q
E= =
⇒ Q=
U =C U
d ε0 A
d
• C.....Kapazität
Einheit: F Farad
• Kondensator: gebildet aus 2 geladenen •
Gegenständen (meist Platten oder Kugel)
1 Q2 1 2 1
= C U = QU
Energieinhalt: WC =
2 C 2
2
• Materie verändert Feld in Kondensator
ƒ Metalle (Leiter): Ladungen werden getrennt, G
innen feldfrei ( )
ELeiter = 0
ƒ Nichtleiter: polare Moleküle werden orientiert
Nichtleiter: polare GMoleküle werdenGorientiert
−1
Feld wird kleiner EDielektrikum = ε E 0
ƒ ε....Dielektrizitätszahl
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Elektrizität
•
umgekehrt: Welche Ladung kann auf 2 Platten umgekehrt:
Welche Ladung kann auf 2 Platten
aufgebracht werden ?
ε0A
U 1 Q
E= =
⇒ Q=
U =C U
d ε0 A
d
• C.....Kapazität
Einheit: F Farad
• Kondensator: gebildet aus 2 geladenen Gegenständen (meist Platten oder Kugel)
1 Q2 1 2 1
= C U = QU
• Energieinhalt: WC =
2 C 2
2
• Materie verändert Feld in Kondensator
ƒ Metalle (Leiter): Ladungen werden getrennt, (
)
G
innen feldfrei ( )
ELeiter = 0
ƒ Nichtleiter: polare Moleküle werden orientiert
p
G
G
−1
Feld wird kleiner E
E0
Dielektrikum = ε
ƒ ε....Dielektrizitätszahl
Polarisation durch pol. Moleküle
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oder Oberflächenladungen
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Elektrizität
elektrischer Strom
elektrischer Strom
• Änderung
Änderung der Ladungsverteilungen der Ladungsverteilungen
mit der Zeit
dQ
q=ze Ladung eines Ladungsträgers
Ladung eines Ladungsträgers
I=
n
Ladungsträgerdichte
dt
A
Querschnitt
I = z e n AvD
vD
Driftgeschwindigkeit
ƒ Einheit A....Ampere (SI‐Einheit)
• Modell der Stromleitung Modell der Stromleitung in Festkörper: in Festkörper:
e‐ werden beschleunigt, durch Stöße abgelenkt
ƒ el. Widerstand bei Ausbreitung wegen Stöße
U
I=
R
U
L
⇒ R= =ρ
I
A
Ohmsches Gesetz
Einheit 1 Ω ..... Ohm ρ....spezifischer Widerstand (Ω/m)
ƒ el. Leitwert: G=1/R
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Elektrizität
Elektrische Schaltkreise
Elektrische Schaltkreise
Schaltung aus Spannungsquellen, Schaltung
aus Spannungsquellen
Widerständen, Kapazitäten (Induktivitäten ‐ Spulen)
• Charakterisierung mit Kirchhoffschen Regeln
• 1. Kirchhoffsche Regel ‐ Knotenregel
•
ƒ An jedem Verzweigungspunkt (Knoten) in einer Schaltung muss ebenso viel Ladung zu‐ wie abfließen. Die Summe aller Ströme in den einzelnen Zweigen, die in den Knoten münden, ist Null:
∑I
•
=0
i
2. Kirchhoffsche Regel ‐ Maschenregel
ƒ Di
Die Gesamtspannung längs einer geschlossenen Masche G
t
lä
i
hl
M h
einer Schaltung, d. h. die Summe aller Spannungsabfälle an den einzelnen Elementen, aus denen die Masche besteht, ist Null:
,
∑U = 0
i
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Elektrizität
Serien Parallelschaltung
Serien‐
• Serienschaltung
Serienschaltung von Widerständen
von Widerständen
ƒ Addition der Widerstände Rges = ∑ Ri
• Parallelschaltung von Widerständen
Parallelschaltung von Widerständen
ƒ Addition der Leitwerte , bzw. Kehrwerte der Ri
Gges = ∑ Gi
1
1
⇔
=∑
Rges
Ri
• Serienschaltung von Kondensatoren
ƒ Addition der Kehrwerte
1
1
=∑
C ges
Ci
• Parallelschaltung von Kondensatoren (Flächen addieren sich)
(Flächen
addieren sich)
ƒ Addition der Kapazitäten
C ges = ∑ C i
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Elektrizität
Warum ist Strom gefährlich ?
Warum ist Strom gefährlich ?
• Sehr hohe Spannungen bei Aufladung
p
g
g
z.B. bei Gehen auf Teppich 10000‐30000 V
ƒ Spannung nicht entscheidend – Strom !
ƒ Strom fließt nicht durch Körper, nur an Oberfläche
fl ß
h d h
b fl h
ƒ Gleichstrom: Veränderungen durch Elektrolyse (langsam)
• Strom durch Körper
Strom durch Körper
ƒ Widerstand Hand‐Hand, Hand‐Fuß ca. 600‐1300 Ohm
ƒ Wechselströme länger als 0,3 s:
<0,5mA keine Reaktion
<12 mA Muskelreizung (therapeutisch!)
<12 mA Muskelreizung (therapeutisch!)
<30 mA Muskelreaktion, ‐verkrampfung
>30 mA Herzkammerflimmern möglich
>50 mA
>50 mA ‐
"‐
mindestens bei 5%
mindestens bei 5%
>80 mA ‐"‐
mindestens bei 50%
http://de.wikipedia.org/wiki/Stromunfall 15
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Elektrizität
Magnetismus
ƒ Beobachte
Beobachte anziehende –
anziehende – abstoßende Kraft abstoßende Kraft
zwischen Materialien (Kraftfeld – Beschreibung mit Feldlinien)
• Eigenschaften
ƒ "gleichnamige" Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an
ungleichnamige ziehen sich an
ƒ Benennung nach Ausrichtung relativ zu geographischen Richtungen Nord‐ und Südpol
ƒ Nord‐ und Südpol treten nur zusammen auf, es gibt keine magnetischen Ladungen. ƒ Das Magnetfeld hat keine Quellen Das Magnetfeld hat keine Quellen
Magnetische Feldlinien sind immer geschlossen.
ƒ Quellen elektrischer Kraft sind Ladungen –
Quellen magnetischer Kraft sind Ströme
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Elektrizität
Magnetismus in Materie
Magnetismus in Materie
• Permanentmagnete
ƒ Polstärke: entspricht Ladung, verantwortlich für Abstoßung –
Kraft ähnlich der Coulombkraft:
G
F = 4 π μ0
1
p1 p2
r2
G
r
μ0 = 4π ⋅ 10 −7 Vs / Am
ƒ in Analogie zu elektr. Feldstärke: magnetische Feldstärke B (Kraft für ti h F ld tä k B (K ft fü
verschwindend kleine Probemagneten)
G
G
Eineit: Tesla T=Vsm‐2
B = μ0 lim (F / p2 )
p2 → 0
ƒ daneben H=B/µ0 .... magnetische Erregung
ƒ in Materie: "Elementarmagnete"
(atomare magnetische Momente, (atomare
magnetische Momente
abhängig von Elektronenkonfiguration des Atoms)
geordnet äußeres Magnetfeld
ungeordnet kein äußeres Magnetfeld
kein äußeres Magnetfeld
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Elektrizität
G
G
G
G
G
• Magnetisierung Magnetisierung M = χ m H und Bi = μ0 (1 + χ )H = μ0 μr H
ƒ Suszeptibilität χm abhängig von magn. Moment der Atome und von Wechselwirkung der Momente.
µr...magnetische Permeabilität
• Diamagnet ƒ kkein magn.Moment
i
M
t
ƒ Effekte durch induzierte Kreisströme (siehe unten)
⇒ abstoßend (schwach), nur in el. Leitern
ƒ χDia<0, ~‐10‐6...‐10‐5
• Paramagnet
ƒ magn. Momente ungeordnet thermische Energie größer als Energiegewinn bei Ordnung
Energiegewinn bei Ordnung
ƒ leicht anziehend, χPara >0
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Elektrizität
• Ferromagnet
ƒ geordnete Bezirke
ƒ Struktur folgt Gesetz der kleinsten Energie
Energie, E=H B /2, bei max. Magnetisierung
möglichst wenige Feldlinien im Aussenraum (µFerro>>µ
µLuft)
ƒ Bezirke ("Weißsche Bezirke") werden fixiert durch Unregelmässigkeiten im Kristall (Defekte, Strukturfehler) und von Blochwänden getrennt
Strukturfehler) und von Blochwänden getrennt. a...Neukurve
k
ƒ Permanentmagnete: Starke Fixierung der Bezirke –
"Remanenzmagnetisierung" MR, Große Fläche unter Hysterese
ƒ Weichmagnete (Eisenkern in Spulen, Motoren...): Blochwände beweglich, kann leicht ummagnetisiert werden (geringes Koerzitivfeld BK).
ƒ Oberhalb Oberhalb "Curie
Curie‐Temperatur
Temperatur" überwiegt thermische Energie ⇒
überwiegt thermische Energie ⇒
Ferromagnet wird paramagnetisch
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Elektrizität
Magnetismus durch bewegte Lad ngen
Ladungen • stromdurchflossener Leiter
stromdurchflossener Leiter
ƒ Feld, Feldlinien konzentrisch um Leiter
G G
μ0I
G μ 0 I dl × r
B=
allgemein: dB =
2π r
4π r 3
• Kraft auf bewegte Ladungen
Kraft auf bewegte Ladungen
ƒ Ströme erzeugen Magnetfelder – Magnete
üben Kräfte aufeinander aus, d.h. Kraft zwischen
Magnetfeldern und bewegten Ladungen f ld
db
d
(Strommessgeäte, E‐Motor!)
ƒ Kräfte zwischen Leitern zur Definition des Ampere ( SI Einheiten)
G
G G
ƒ Lorentzkraft: F = qv × B
Ablenkung von Elektronen in Magnetfeldern
Ablenkung von Elektronen in Magnetfeldern (Massenspektrometer, E‐Beschleuniger, Halleffekt, Polarlicht, Schutz vor Sonnenwind...)
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El kt i ität
Elektrizität
Induktion
ƒ Kraft
Kraft auf Elektronen ⇔
auf Elektronen ⇔ elektrische Spannung
elektrische Spannung
ƒ Lorentzkraft wirkt auf e‐, die sich relativ zu (ruhendem) Feld bewegen – oder: auf e‐ auf die ein sich zeitlich veränderliches Feld wirkt.
• Induktionsspannung
dφ
d G G
Uind
= − ∫ B dA
i d =−
dt
dt
ƒ Die in einem Leiter induzierte Spannung
i (b
ist (betragsmäßig) gleich der zeitlichen Änderung des magnetischen äßi ) l i h d
i li h Ä d
d
i h
Flusses φ durch die Leiterfläche.
ƒ Induktionsstrom Iind ist so gerichtet, dass
g
,
sein Feld Bind der Ursache der Induktion entgegenwirkt (Lenzsche Regel).
• Anwendungen: Wirbelströme, Dynamo, Generator, Transformator
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Elektrizität
•
Drehstromgenerator mit einem Drehstromgenerator
mit einem
rotierenden Feldmagneten und feststehenden Induktionsspulen
Transformator
U1/U2 = N1/N2
Drehspulgenerator
Drehspulamperemeter
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Elektrizität
Wechselstrom
• Strom aus Generator: Strom aus Generator: I(t ) = I0 sinω t
ω = 2πν = 2π T
U(t ) = U0 sinω t
ƒ I0,U0 ...... Scheitelwerte ...... Scheitelwerte
ν.........Frequenz
ω..............Kreisfrequenz T..........Periodendauer
• Steckdose:
S kd
ƒ 230 V 2 polig
P,N
ƒ 400 V 4 polig
"Kraftstrom", Drehstrom R (L1) S (L2) T (L3) N
R (L1), S (L2) ,T (L3), N 23
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Elektrizität
Wechselstromwiderstand
• Ohmscher Widerstand Ohmscher Widerstand
ROhm
• Kapazitiver Widerstand
I(t) U(t)/Rohm
I(t)=U(t)/R
permanentes Umladen Verzögerung zwischen U,I
permanentes Umladen Verzögerung zwischen U,I
RC = 1 ω C
I(t ) = ω C U0 cos ωt
• Induktiver Widerstand ƒ (Selbst‐) Induktion: Zeitlich veränderlicher Strom verursacht zeitlich veränderliches Magnetfeld. Dieses Magnetfeld erzeugt im Leiter Induktionsstrom Iind
Induktionsstrom I
, der dem ursprünglichen Strom entgegengesetzt
i d, der dem ursprünglichen Strom entgegengesetzt ist; bzw. Magnetfeld erzeugt Induktionsspannung Uind = −L ddtI
ƒ Induktivität L (Einheit: Henry H) verzögert Einschalten, bzw. A
Ausschalten; hängt von geometrischer Konfiguration des Leiters
h lt
hä t
t i h K fi
ti d L it
z.B.: Spule L = μr μ0 N 2 A / l RL = ω L
I(t ) = − U0 cos ω t / ω L
• Frequenzabhängiger Widerstand !
Frequenzabhängiger Widerstand !
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El kt i ität
Elektrizität
elektrische Leistung
elektrische Leistung
ƒ Bewegung
Bewegung einer Ladung q im elektrischen Potential
einer Ladung q im elektrischen Potential
Potentialdifferenz U21 = ϕ2 − ϕ1 ⇒ Arbeit W21 = U21 q = U21 It
ƒ Leistung: P = U I
ƒ Einheit: Watt W=V A=J/s
ƒ Stromzähler: kWh 1kWh=3.6 10 6 Ws
P(t ) = U(t ) I(t ) Mitt l
ƒ bei Wechselstrom Mittelung über längere Zeit
b iW h l t
üb lä
Z it W = ∫ U(t ) I(t )
Einheit: Wattsekunde W s ƒ Effektivwert (relevant für Erwärmung, Beleuchtung etc.) (unabhängig von Stromrichtung) Ieff = I0 / 2
Ueff = U0 / 2
ƒ "Phasenverschiebung"
ƒ bei höheren Frequenzen und hohen Induktivitäten bemerkbar (Transformator, Lautsprecher, >100kHz, "Impedanzanpassung")
PW = Ueff Ieff cosϕ
Wirkleistung
PB = Ueff Ieff sinϕ
Blindleistung
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Elektrizität
Ladungstransport
in Festkörpern:
in Festkörpern:
ƒ Einschub Festkörper: Atome bestehen aus Atomkernen und Elektronen (e‐). Atomkerne auf festen Positionen im Kristallgitter oder Molekülverband. Beweglichkeit der e‐ bestimmt Leitfähigkeit. (Einheit Bändermodell: Energie der e‐ nicht kontinuierlich, nur bestimmte Bändermodell: Energie der e
nicht kontinuierlich, nur bestimmte
Wertebereiche (Bänder) möglich. e‐ in Leitungsband (LB) frei beweglich (bis auf Kollisionen, siehe oben)
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Elektrizität
• Metalle:
ƒ Kraft auf e‐ (E‐Feld) führt zu Drift. Stöße reduzieren Beweglichkeit ⇒ Widerstand (γ~1010...107 S/m)
ƒ Gitterbewegung stärker bei höheren Temperaturen ⇒ Widerstand steigt.
Temperaturen ⇒
Widerstand steigt
ähnlich für unterschiedliche Metalle.
(Temperaturkoeffizient positiv)
11 Ωm)
ƒ bei T=0 : R>0 (Cu: ~2⋅10‐11
• Supraleitung
ƒ unterhalb von Sprungtemperatur verschwindet
t h lb
S
t
t
h i d t
elektrischer Widerstand.
ƒ Sprungtemperatur abhängig von Magnetfeldern
ƒ e‐ bilden Paare, die nicht mehr mit Kristallgitter wechselwirken
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Elektrizität
• Halbleiter
ƒ e‐ in Valenzband, knapp getrennt von Leitungsband ⇒ Leitfähigkeit sehr schlecht, verändert sich aber, wenn Fremdatome zusätzliche e‐
einbringen (γ~10‐7 ... 105 S/m)
ƒ Auch Löcher (fehlende e‐) können zu Ladungstransport beitragen.
ƒ geringe E‐Felder bewirken zusätzliche, deutliche Änderung der i
E F ld b i k
ät li h d tli h Ä d
d
Leitfähigkeiten ⇒ Dioden, Transistoren...
ƒ mehr freie Ladungsträger mit höherer Temperatur
Temperaturkoeffizient negativ • Isolatoren
ƒ Energie des Valenzbandes deutlich unter Leitungsband, keine Übergänge – keine frei beweglichen Elektronen.
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El kt i ität
Elektrizität
in Flüssigkeiten:
in Flüssigkeiten:
ƒ destilliertes Wasser: spezifischer Leitwert γ ~5⋅10‐6 S/m
ƒ Ladungsträger notwendig: positive Ladungsträger notwendig: positive – negative Ionen (geladene Atome)
negative Ionen (geladene Atome)
• Elektrolyte
ƒ Lösungen von Salzen, Säuren o. Basen
ƒ heteropolare Verbindungen: Molekül besteht aus 2 Komponenten, die in Lösung getrennt werden und entgegengesetzte Ladung haben –
Dissoziation
"Dissoziation"
NaCl Na+ ‐ Cl‐
ƒ Bindung in Kochsalzkristall durch Coulombanziehung zwischen Na+ ‐ Cl‐ . H2O‐Moleküle sind polar (Ladungsverteilung in Molekül nicht isotrop) – trennen Ionen des Salzkristalls
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El kt i ität
Elektrizität
ƒ Kationen (positiv geladen) und Anionen (negativ gel.) tragen zu Strom (positiv geladen) und Anionen (negativ gel ) tragen zu Strom
bei. Leitfähigkeit proportional zu Wertigkeit der Ionen (z) zur Konzentrationen (n...Anzahl/Volumen) und Beweglichkeit (µ) der I
Ionen (v
( D...Driftgeschwindigkeit)
D ift
h i di k it)
γ = e ( z + n + μ + + z − n − μ − ) μ = vD / E
ƒ µ charakteristisch für unterschiedliche Substanzen µ charakteristisch für unterschiedliche Substanzen
Elektrophorese: Gel als Driftstrecke zwischen Kathode (‐) und Anode (+). Trennung unterschiedlicher Komponenten.
Hydrodynamische Reibungskraft abhängig von
molarer Masse.
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El kt i ität
Elektrizität
• Elektrolyse
ƒ Ladungstransport unter Materietransport, Abscheidung an Elektrode
abgeschiedene Masse proportional zu
transportierter Ladung
durch gleiche Ladungsmengen werden gleiche
durch gleiche Ladungsmengen werden gleiche Äquivalentmengen abgeschieden
Äquivalentmenge = Stoffmenge x Wertigkeit
Q=96485 C scheidet 1 Mol eines einwertigen Stoffes ab (Faraday)
Q=96485 C scheidet 1 Mol eines einwertigen Stoffes ab. (Faraday)
ƒ Schmelzflußelektrolyse
Erzeugung von reinem Aluminium aus
Aluminiumoxid
1t Al = 12 MWh
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Elektrizität
• Galvanische Elemente
Galvanische Elemente
ƒ Metall in Lösungsmittel: Konaktspannung (positive Metallionen gehen in Lösung) (unterschiedliche "Standardpotentiale" für unterschiedliche Materialien. z.B. Cu/Cu2+ U0=0,3419 V, Zn/Zn2+ U0=‐0,7618 V; Strom fließt von Zn zu Cu Elektrode)
• Akkumulatoren
ƒ reversibler elektrochemischer Prozess – Speicher el. Energie
in Gasen:
ƒ Gasentladung:
Gasentladung: Ionisationsarbeit durch Erwärmung, Bestrahlung mit Ionisationsarbeit durch Erwärmung Bestrahlung mit
Licht, Röntgen, Radioaktiverstrahlung o. Stöße.
in Vakuum:
ƒ freie Propagation von e‐, zuerst Erzeugung notwendig (Glühemission, Licht)
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El kt i ität
Elektrizität
Anhang
•
33
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