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Materie besteht aus: o Atomen, diese wiederum bestehen aus Protonen und Neutronen (Bestandteile des Atomkerns) und Elektronen (in der Atomhülle) Kraftgesetz für elektrische Ladungen: o Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, ungleichartige Ladungen ziehen sich an. Ladungsnachweis mit dem Elektroskop o Mit einem Elektroskop lässt sich elektrische Ladung nachweisen. o Die frei beweglichen Elektronen bewegen sich innerhalb des Elektroskops je nach Vorzeichen der Ladung auf dem Stab nach oben oder nach unten. Zeiger und Halterung haben somit die gleiche Ladung und stoßen sich gegenseitig ab. o Resultat: Der Zeiger schlägt aus. o Bei andersartiger Ladung des Stabes ist kein Unterschied zu erkennen – die Art der Ladung lässt sich mit dem Elektroskop nicht ermitteln.  Elektrische Influenz und dielektrische Polarisation o Influenz ist der Vorgang der Ladungstrennung bei einem leitenden Körper unter dem Einfluss eines anderen geladenen Körpers aufgrund der zwischen Ladungen wirkenden Kräfte o Beachte: In einem festen Leiter verschieben sich immer nur die Elektronen, also die negativen Ladungen. Die positiven Ladungen sind nicht beweglich sondern an die Atome gebunden o Auch mit dem Elektroskop lässt sich Influenz zeigen. Der Zeiger schlägt aus, sobald man dem oberen Ende des Elektroskops einen geladenen Stab nähert: Im Elektroskop kommt es zur Ladungstrennung:  Das elektrische Feld o Ein elektrisches Feld entsteht durch eine elektrische Ladung bzw. durch einen elektrisch geladenen Körper. o Im Raum um diese elektrische Ladung wirken Kräfte auf andere Ladungen oder geladene Körper. 

Feldlinien o machen Aussagen über Beträge und Richtungen der Kräfte auf Probekörper im elektrischen Feld. o Die Richtung der Feldlinien verläuft vereinbarungsgemäß von + (positiv) nach – (negativ). o Daher gilt: Positiv geladene Körper werden in Feldlinienrichtung beschleunigt, negative entgegen der Feldlinienrichtung.

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Elektrische Kraft o Die Kraft auf einen geladenen Körper im elektrischen Feld hängt ab von  der Ladungsmenge Q auf dem Körper  der Stärke des elektrischen Feldes o Die Kraft, die auf einen geladenen Körper in einem elektrischen Feld wirkt, ist größer, wenn der Körper stärker geladen ist und wenn die Spannung zwischen den Platten größer ist, das elektrische Feld also stärker ist. Die Ladungsmenge – Definition und Einheit o Die Ladungsmenge Q wird in der Einheit Coulomb (C) gemessen. o 1 C ist die Ladungsmenge, die bei einem Strom der Stärke 1A in 1s verschoben wird.  Deshalb gilt auch: 1C = 1As o die Ladungsmenge Q ist gleich dem Produkt aus Stromstärke I und Zeit t: Q = I*t

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Das elektrische Feld o Die Kraft auf einen geladenen Körper ist proportional zur Ladung des Körpers. o Es gilt also: F~ Q und damit F/Q = E. o Die Elektrische Feldstärke E ist definiert als Kraft pro Ladung: E = F/Q

F=Q.E

Die Einheit der elektrischen Feldstärke lautet N/C Die Richtung der elektrischen Feldstärke ist gleich der Richtung der Kraft auf eine positive (Probe)ladung, sie entspricht also der Richtung der Feldlinien. o Die elektrische Feldstärke ist also wie die Kraft eine vektorielle Größe. Spannung U und Feldstärke E o o

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W=F.d=Q.E.d U = W/Q = E . d E = U/d

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Beispiele

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Abschirmung elektrischer Felder (Faradyschen Kaefig) o Der leitende Käfig sorgt für einen schnellen Abfluss der Ladung, so dass sich im Inneren des Käfigs kein elektrisches Feld aufbauen kann o Faradaysche Käfige sind in Form einer metallischen Hülle (Alufolie oder Drahtgeflecht) nutzt man auch in Kabeln oder elektronischen Geräten, um diese vor störenden elektrischen Feldern abzuschirmen.

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Elektrisches Potential ϕ im elektrischen Feld o Durch die Kraft F kann eine Ladung q im homogenen Feld beschleunigt werden und besitzt anschließend somit die kinetische Energie Ekin= ½ mv2 = q E s

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Beispiel:

In einem Plattenkondensator mit d = 10cm und U = 500V besteht zwischen beiden Platten eine Spannung (Potentialdifferenz, s.u.) von 500V. Zwischen der Mitte der Platten und einer Platte ist die Potentialdifferenz gerade halb so groß, sie beträgt also 250 V. 

Elektrische Spannung U im elektrischen Feld

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Äquipotenziallinien o Linien oder Flächen gleichen Potenzials nennt man Äquipotenziallinien oder Äquipotenzialflächen. Sie stehen stets senkrecht zu den Feldlinien:

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Beispiel

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Kapazitaet C

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Energie W eines geladenen Kondensators o Flaeche unter der Kurve W = ½ QU = ½ CU2

(J)

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Beispiele

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Flaechenladungsdichte σ σ = Q/A = ε0 E A = 4πr2

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Feldstärke E im Radialfeld E = 1/4πε0 Q/r2

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Kraftwirkung F im Radialfeld o o o o

 Coulomb’sches Gesetz

Welche Kraft wirkt auf einen geladenen Körper im Radialfeld? Die Kraft auf einen geladenen Körper bzw. auf eine Probeladung hängt von der Feldstärke und außerdem von der Probeladung selbst ab. Für die Kraft auf eine Probeldaung q in einem elektrischen Feld gilt: F= E . q Um die Kraft zu berechnen, muss man also nur die elektrische Feldstärke mit der Probeladung q multiplizieren. Mit der oben hergeleiteten Formel für die elektrische Feldstärke ergibt sich für die Kraft im Radialfeld: F = 1/4πε0 Qq/r2

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Beispiel

Q = I*t

k = 1/4πε0

F=Q.E

E = k Q/r2

W=F.d=Q.E.d

F = k Qq/r2

U = W/Q = E . d

ϕ= k Q/r

E = U/d

W = k Qq (1/r1-1/r2)

E = F/Q

Ekin= ½ mv2 = q E s ϕ1= W1/q C = Q/U = ε0 A/d

U21 = ϕ2- ϕ1

W = ½ QU = ½ CU2 (J) F = G s/l

σ = Q/A = ε0 E R = ϱ l/A A = 4πr2...