Elektrische Felder

Elektrische Felder
Das elektrische Feld als Raum mit physikalischen Eigenschaften
1. Abstoßung gleichnamig geladener Kugeln
Auf der Spitze eines Bandgenerators
wurden Metallfäden angeheftet. Was
passiert nun wenn der Bandgenerator
geladen wird?
Bandgenerator
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/elehre1/e1versuch11.html
2. Spitzenentladung
An der Kugelkappe eines Bandgenerators ist
eine metallische Spitze angebracht. Direkt
daneben brennt eine Kerze.
Beobachten sie die Reaktion der
Kerzenflamme nach dem Starten des
Bandgenerators.
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/elehre1/e1versuch10.html
3. Elektronenmühle
Ein S-förmiges, metallisches Blech ist gut
drehbar auf einer Spitze gelagert
(Segnersches Rad) und mit einem
Bandgenerator verbunden.
Was passiert, wenn der Bandgenerator
aufgeladen wird?
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/elehre1/e1versuch9.html
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http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/
Das elektrische Feld besteht auch
im luftleeren Raum.
Das elektrische Feld wird durch ein
Metallgitter abgeschirmt.
4. Zusammenfassung
Der Raum in der Umgebung eines geladenen Körpers befindet sich in einem
besonderen Zustand. Dieser Zustand äußert sich durch eine Kraftwirkung auf geladene
Körper. Man spricht von einem elektrischen Feld, das den geladenen Körper umgibt.
Ein elektrisches Feld ist ein Raum, in dem auf elektrisch geladene Körper Kräfte
ausgeübt werden.
Wird das Feld insbesondere durch einen ruhenden geladenen Körper erzeugt, so
nennt man es ein elektrostatisches Feld. Es zeigt keine zeitliche Änderung.
Das elektrische Feld ist wie das Gravitationsfeld Träger einer physikalischen
Eigenschaft.
Darstellung des elektrischen Feldes
Man veranschaulicht sich ein elektrisches Feld durch Feldlinien . Die Richtung einer
Feldlinie in einem Punkt ist durch die Richtung der Kraft auf eine kleine positive Ladung
in diesem Punkt festgelegt. Die Feldlinien verlaufen somit von + nach -.
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1. Feldlinien des homogenen Feldes zwischen den Kondensatorplatten.
2. Feldlinien des Radialfeldes einer positiven Ladung.
3. Feldlinien zweier gleichnamigen bzw. ungleichnamigen Kugel- oder Punktladungen.
http://didaktik.physik.uni-Wuerzburg.de/~pkrahmer/home/elektrik.html
http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/efeld1.html
http://www.pk-applets.de/phy/efeld/efeld.html
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Diese Feldliniendarstellungen sollen folgende wichtige Eigenschaften eines
elektrostatischen Feldes wiedergeben:
1. Feldlinien verlaufen immer von einer Ladung zur anderen, d.h., Anfang und Ende
einer Feldlinie sind stets durch eine elektrische Ladung gekennzeichnet. Feldlinien
können niemals im leeren Raum beginnen oder enden.
2. Auf Leiteroberflächen stehen die Feldlinien eines elektrostatischen Feldes stets
senkrecht.
3. Feldlinien durchkreuzen sich niemals und laufen auch niemals zusammen.
Programm Feldliniendarstellung
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Der Bandgenerator
Kurzbeschreibung
Der Bandgenerator ist ein Erzeuger von
Hochspannung in der Elektrostatik. Er arbeitet
nach dem von einem Herrn VAN DE GRAAFF
angegebenen Verfahren. Er liefert eine
Gleichspannung von bis zu 100 kV (der
Maximalwert hängt sehr stark von der
Luftfeuchtigkeit ab), indem er in einer Art
Kreislauf die elektrische Feldstärke zwischen
den Bändern immer weiter nach oben treibt.
Oben auf dem Bandgenerator sitzt eine innen
mit Luft gefüllte Kugel , die auf einem Isolator
befestigt ist. Die Kugel hat unten eine Öffnung,
in die ein breites Gummiband eingeführt wird.
Das Band läuft über eine Kunststoff- und drei
Metallwalzen, deren unterste durch einen Motor
angetrieben wird. Drei so genannte
"Metallschneiden" dienen zur geeigneten
"Beladung" des Bandes mit Ladung.
Wirkung
Das Transportband (1) läuft über freitragend
gelagerte Rollen. Die Oberfläche der
Kunststoffrolle (3) wird beim Lauf durch kurzes
Andrücken eines sog. "Reibzeuges" (2) positiv
geladen. Diese positive Ladung verdrängt
durch Influenz auf dem oberen Band die
negative Ladung, die durch die Schneide (4)
aufgetragen wird. Durch die Führung des
Bandes durch die Rollen liegt das obere Band
dicht auf dem unteren Band auf und bildet so
mit letzterem einen Kondensator. Aus diesem
Grunde ist die elektrische Ladungsdichte auf
dem Band sehr viel höher als sie es bei einem
Gerät mit nicht aufeinanderlaufenden Bändern
wäre. Die Trennung der Kondensatorbeläge in
der Kugel sorgt für den Übergang der
negativen Ladung vom Band auf die Kugel, weil
sich bei Rolle (5) jetzt zwei negativ geladene
Bandseiten gegenüberstehen. Die Ladung
strebt über die Metallrolle auf die Oberfläche
der Hohlkugel (FARADAY-Käfig). Bei Schneide
(6) wird durch Influenz weitere negative Ladung
auf die Kugel abgezogen. Daher führt das sich
aus der Kugel nach unten bewegende Band
nun positive Ladung mit sich, die bei Schneide
(7) noch vergrößert wird. Durch sie wird
positive Ladung der Rolle (3) beibehalten.
Abb. I: Bandgenerator (Aufbauschema)
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