Vorlesung 2
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1 Wiederholung: Elektrische Ladung: Einheit 1 Coulomb = 1 C (= 1 As) Elementarladung e = 1.6·10-19C Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen: r ' Q1 ⋅ Q2 r F= f ⋅ ⋅ er 2 r Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Nm 2 f = 8.99 ⋅ 10 C2 ' 9 Caren Hagner V2 9.5.2007 2 Beispiel 5.1: B A QA = +2µC QB = +6µC + + 5cm Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 3 Beispiel 5.2 (Vektoraddition): Welche Gesamtkraft wirkt auf Ladung C? B A QB = +6µC QA = +2µC + + 5cm 5cm 5cm C + QC = -2µC Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 4 Das elektrische Feld Eine Ladungsverteilung erzeugt um sich ein elektrisches Feld An jedem Punkt um eine Ladungsverteilung herrscht ein elektrisches Feld. Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 5 Java-Applets zum Spielen mit elektrischen Feldern, Feldlinien und Ladungen: http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/nforcefield.html (Testladungen) http://qbx6.ltu.edu/s_schneider/physlets/main/efield.shtml (Verschiedene Ladungsverteilungen, Vektorfeld-Feldlinien, Bewegung) Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 6 Wie kann man ein elektrisches Feld darstellen? Feldlinien: Beispiele: + - + + Regeln für Feldlinien: Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 7 Versuch: Ausrichten eines Dipols im elektrischen Feld +Q -Q Elektrischer Dipol (hier: 2 Metallkugeln, mit entgegengesetzter Ladung) 1. Hochspannung wird an die beiden Platten eines Plattenkondensators angelegt. (+3000V linke Platte, -3000V rechte Platte). Der Dipol berührt beide Platten und wird aufgeladen. Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 8 Versuch: Ausrichten eines Dipols im elektrischen Feld - + - + - + + 2. Die Platten werden auseinanderbewegt. -> Der Dipol beginnt sich zu drehen, bis seine negative Seite der positiven Platte gegenüber liegt (und umgekehrt). 3. Die Hochspannung wird umgepolt. -> Der Dipol dreht sich wieder, bis seine negative Seite der positiven Platte gegenüber liegt (und umgekehrt). - Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + - + Grieskorn (neutral) - + + - - Grieskorn im elektrischen Feld, → Polarisation Es entsteht ein Dipol - + + + Ein elektrischer Dipol versucht sich in Richtung der Feldlinien zu drehen! + + + + Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin - - Deshalb zeigen die Grieskörner in Richtung des el. Feldes Caren Hagner V2 9.5.2007 9 10 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + + - - 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 Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 11 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner ++ + -- + - - Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richten sie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V). + Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin - Caren Hagner V2 9.5.2007 12 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + 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 Was ändert sich wenn man zwischen die Platten einen Metallring legt? (Antwort nächste Seite) Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 13 Versuch: Sichtbarmachen der Richtung der Feldstärke durch Grieskörner + + - - 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 Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 14 Beispiel: Auto als Faradayscher Käfig bei Gewitter Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V2 9.5.2007 Im Inneren eines Faraday Käfigs gibt es kein elektrisches Feld (z.B. Schutz vor Blitz, aber auch allgemein zur Abschirmung elektrischer Felder) Boston Science Museum
