Bilanzierbare physikalische Grössen

Wechselwirkungen und Felder
Lernziele:
• Die grundlegenden Wechselwirkungen der
Physik und die daraus resultierenden Kräfte
kennen und mit Bereichen aus dem Alltag und
der Technik in Verbindung bringen können.
• Die elementaren Eigenschaften der elektischen
Ladung kennen und Auswirkungen quantifizieren können.
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Historische Entwicklung
• Issac Newton (1643 - 1727)
Gravitationsgesetz
• Daniel Bernoulli (1700 - 1782)
Leonhard Euler (1707 - 1783)
Geschwindigkeitsfeld,
Beschleunigungsfeld in der Hydrodynamik
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Historische Entwicklung
• Charles A. Coulomb (1736 - 1806)
Elektrostatik, Magnetostatik
• Andre Ampere (1775 - 1836)
Kraft zwischen Strömen
• Simeon Poisson (1781 - 1836)
Potentialtheorie
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Historische Entwicklung
• Hans Chr. Oerstedt (1777 - 1851)
bewegte elektrische Ladungen erzeugen
ein Magentfeld
• Michael Faraday (1791 - 1867)
Elektromagnetische Induktion
• James C. Maxwell (1831 - 1879)
Vollständige Beschreibung elektromagnetischer Vorgänge ("Maxwell-Gleichungen)"
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Vier Wechselwirkungen
Starke
Wechselwirkung
(Kernteilchen)
Elektromagnetische
Wechselwirkung
(Ladung)
Schwache
Wechselwirkung
(Elementarteilchen)
GravitationsWechselwirkung
(Masse)
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Starke Wechselwirkung
• Quelle des Feldes: Protonen, Neutronen,
Pionen, Hyperonen
• Kraft: Kernkraft
• Stärke: 1
• Reichweite: klein
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Elektromagnetische WW
• Quelle des Feldes: alles, was elektrische
Ladungen enthält
• Kraft: Elektrische Kraft, Magnetische Kraft
• Stärke: 1/100
• Reichweite: gross
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Schwache Wechselwirkung
• Quelle des Feldes: alle Elementarteilchen
• Kraft: Schwache Wechselwirkungskraft
• Stärke: 1/1015
• Reichweite: klein
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Gravitations-WW
• Quelle des Feldes: alle schweren Massen
• Kraft: Schwerkraft
• Stärke: 1/1038
• Reichweite: unbegrenzt gross
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Felder
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Der allgemeine Feldbegriff
Wird jedem Punkt eines Raumes eine
physikalische Grösse mit einem bestimmten
Betrag zugeordnet, so heisst dieser Raum ein
Feld.
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Feldarten
Statisches Feld - Wechselfeld
Skalarfeld - Vektorfeld
Quellenfeld - Wirbelfeld
Homogenes Feld - Inhomogenes Feld
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Elektrostatik
•
•
•
•
•
•
Elektrizität durch Reibung
Das Elektroskop
Die zwei Arten der Ladung
Anziehung und Abstossung
Laden und Entladen
Ladungsspeicher
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Das elektrische Feld
• Feldlinienbilder
• Elektrischer Fluss und Feldstärke
• Wie könnte ein elektrisches Feld vermessen
werden (Form, Stärke)
• Warum können sich Feldlinien nicht
schneiden?
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2 positive Punktladungen
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Positive und negative
Punktladungen
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4 positive Punktladungen
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Platte und Spitze
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19
Feldfluss und Feldstärke
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Elektrisches Feld
• Quellenfeld
• Ladung Q proportional zum elektrischen
Fluss E . Es gilt: Q = 0 E
• Feldlinien senkrecht zur Oberfläche
elektrischer Leiter.
• Im Inneren eines Leiters kein Feld
• Geschlossene Leiterhülle schirmt
Innenraum ab

• Feldstärkevektor E
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Das Coulombsche Gesetz
Experiment: Drehwaage:
r
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Coulombsches Gesetz
Ladung Q1
1
1
1
1
1
1
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Ladung Q2
1
1
1
Kugelabstand r
Lichtzeiger d
1.00
0.50
0.25
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Coulombsches Gesetz
1
Q1  Q2
F

2
4 πε 0
r
F > 0 Abstossung
F < 0 Anziehung
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