Das elektrische Feld. E-Feld Das elektrische Feld E-Feld Wirkung des Feldes

Das elektrische FeldDas elektrische Feld


E-Feld


Wirkungdes

Feldes

E-Feld


FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


FeldlinienFaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


Gesetzeder Elek-trostatik

Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


Kraft imhomogen

Feld

Gesetzeder Elek-trostatik

Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen

FeldGesetzeder Elek-trostatik

Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


Wie kann man Ladungen nachweisen?Wie kann man Ladungen nachweisen? EntladungenEntladungen Kraft auf andere LadungenKraft auf andere Ladungen InfluenzInfluenz

Satz: Gleichnamige Ladungen

stoßen sich gegenseitig ab,

ungleichnamige ziehen sich an.

Versuch: Bandgenerator

Bandgenerator

Nachweis positiver und negativer Ladungen Nachweis positiver und negativer Ladungen mit der mit der Glimmlampe.

Ladungsmessung: Elektroskop


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen


Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


Faradays FeldideeFaradays Feldidee Der Raum ist geprägt.Der Raum ist geprägt. Der Raum ist der Vermittler der Kraft.Der Raum ist der Vermittler der Kraft.

Satz: Den Raum um eine Ladung

bezeichnet man als elektr.

Feld. Es kann durch Kräfte

auf Probeladungen oder

Influenz nachgewiesen werden.Unterschied zwischen felderzeugenden Ladung und Probeladung!

Eine Ladung kann auf sich selbst keine Kraft ausüben.


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen


Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld

Das elektrische FeldDas elektrische FeldFaradays FeldlinienFaradays Feldlinien Die Feldlinien zeigen in jedem Raumpunkt in Die Feldlinien zeigen in jedem Raumpunkt in

Richtung der Kraft auf eine positive Ladung.Richtung der Kraft auf eine positive Ladung.

Feldlinien können sich nicht verzweigenFeldlinien können sich nicht verzweigen

Je dichter die Feldlinien, desto größer die elektr. Je dichter die Feldlinien, desto größer die elektr. Kraft.Kraft.

Auch im Innern von Leitern werden Ladungen durch Auch im Innern von Leitern werden Ladungen durch Felder bewegt.Felder bewegt.

Versuch:Versuch: Feldlinienbilder

Folie: Feld zwischen einer positiven und negativen LadungFeld zwischen einer positiven und negativen Ladung

Mechanische Model:Mechanische Model: Feldlinien versuchen sich gegenseitig abzustoßen und zu verkürzen.


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen


Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld

Das elektrische FeldDas elektrische FeldGesetze der Elektrostatik (Gesetze der Elektrostatik (alle Ladungen alle Ladungen

ruhenruhen)) Das Innere von Leitern muss bei ruhenden Ladungen Das Innere von Leitern muss bei ruhenden Ladungen

feldfrei sein.feldfrei sein. Die Kräfte auf die Ladungen und damit die Feldlinien Die Kräfte auf die Ladungen und damit die Feldlinien

müssen von der Leiteroberfläche senkrecht nach müssen von der Leiteroberfläche senkrecht nach außen zeigen.außen zeigen.

Eine Ladung erfährt nur eine Kraft in einem Eine Ladung erfährt nur eine Kraft in einem Fremdfeld, niemals im Eigenfeld.Fremdfeld, niemals im Eigenfeld.

Feldlinien beginnen an einer positiven und enden an Feldlinien beginnen an einer positiven und enden an einer negativen Ladungeiner negativen Ladung

Spitzenwirkung: Spitzenwirkung: An einer Spitze verlaufen die Feldlinien dichter.An einer Spitze verlaufen die Feldlinien dichter.

Feldlinienbilder


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen


Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld

Das elektrische FeldDas elektrische FeldKraft auf eine Probeladung im Kraft auf eine Probeladung im

homogenen Feldhomogenen Feld Ein geladenes Kügelchen erfährt im Ein geladenes Kügelchen erfährt im

elektrischen Feld eine Kraft.elektrischen Feld eine Kraft.

Die Kraft ist der Ladung proportional.Die Kraft ist der Ladung proportional.

Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung -Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung -Kraft.Kraft.

Versuch: Kügelchen im Kügelchen im KondensatorKondensator

Folie: Kraft auf eine ProbeladungKraft auf eine Probeladung (Komponentenzerlegung) (Komponentenzerlegung)

Das elektrische FeldDas elektrische FeldHerleitung des Zusammenhangs: Herleitung des Zusammenhangs:

Auslenkung -Kraft.Auslenkung -Kraft. Kugel wird ausgelenkt.Kugel wird ausgelenkt. Kraft Kraft FFelel nach rechts. nach rechts. Gewichtskraft Gewichtskraft G = mgG = mg KräfteparallelogrammKräfteparallelogramm Resultierende Resultierende FFRR

Größen im LageplanGrößen im Lageplan BerechnungsformelBerechnungsformel Fel

G

SS

l

el

2 2

Fs

Gl s


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen


Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld

Das elektrische FeldDas elektrische FeldDefinition des elektrischen Feldes:Definition des elektrischen Feldes: Satz:Satz: Der Quotient aus elektr. Kraft Fel und

Probeladung q bezeichnet man als elektr. Feldstärke E.

E ist ein Vektor und gleichorientiert wie die Kraft auf eine positive Probeladung.

elFE

q

Die Einheit der elektr. Feldstärke: NE 1

CDie elektrische Feldstärke gibt

Die elektrische Feldstärke gibt

die Kraft pro Ladungseinheit an.

die Kraft pro Ladungseinheit an.Inhomogenes Feld


Def. Derelektr.

Feldstärke

Kraft imhomogen


Feldlinien

FaradaysFeldidee

Wirkungdes

Feldes

E-Feld


Eigenschaften Eigenschaften von Ladungenvon Ladungen

Bei der Glimmlampe leuchtet immer die Elektrode, die mit dem Minuspol verbunden ist.

Entlädt man eine geladene Kugel mit einer Glimmlampe über Erde, so kann man die Ladungsart bestimmen.

Zurück zu Folie 9


++ -

Zurück zu Folie 9

Die positive Ladung in der Mitte übt Kräfte auf die beweglichen Ladungen aus.


Zwei neutrale Kugeln

+

++ +

+-

--

-

Ladungstrennung durch Influenz

TrennenK

A B

A B

Zwei neutrale Kugeln A und Bberühren sich.

Einer positiven Kugelwerden den beidenKugeln genähert

Zurück zu Folie 9

Trennt man jetzt die Kugeln A undB, dann sind beide geladen.

A-

B+

FeldlinienbilderFeldlinienbilder Die Feldlinien beginnen an der positiven Ladung QDie Feldlinien beginnen an der positiven Ladung Q++ und und

enden an der negativen Ladung Qenden an der negativen Ladung Q--..

Die Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche an einer Die Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche an einer Ladung.Ladung.

Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien gerichtet.gerichtet.

Bei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, Bei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, bei negativer entgegengesetztbei negativer entgegengesetzt

Mechanische Modell: Verkürzung führt zur AnziehungMechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein

homogenes Feld.homogenes Feld.

Im Randbereich liegt ein inhomogenes Feld vor.Im Randbereich liegt ein inhomogenes Feld vor.

Da die Feldlinien an einer Ladung beginnen und enden, Da die Feldlinien an einer Ladung beginnen und enden, müssen diese Ladungen fast ausschließlich an den müssen diese Ladungen fast ausschließlich an den Innenflächen gebunden sein.Innenflächen gebunden sein.

Mechanische Modell: Verkürzung führt zur AnziehungMechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung

Zurück: Gesetze der ElektrostatikZurück: Gesetze der Elektrostatik Weitere Bilder Zurück: Faradays Feldlinien

Weitere FeldlinienbilderWeitere Feldlinienbilder Endet die Feldlinie an der Ladung QEndet die Feldlinie an der Ladung Q--

1 1 nicht senkrecht zu nicht senkrecht zu

Oberfläche, dann tritt neben der Normalkraft auch noch eine Oberfläche, dann tritt neben der Normalkraft auch noch eine tangentiale Kraftkomponente auf.tangentiale Kraftkomponente auf.

Die Ladung QDie Ladung Q--11 bewegt sich in Pfeilrichtung. Es fließt ein bewegt sich in Pfeilrichtung. Es fließt ein

Strom.Strom.

Erst wenn nur noch die Normalkomponente wirksam ist, Erst wenn nur noch die Normalkomponente wirksam ist, kommt die Ladung zur Ruhe.kommt die Ladung zur Ruhe.

Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten.Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten.

Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche gebunden, rechts positive. gebunden, rechts positive. Influenz!Influenz!

Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche.Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche.

Das Innere ist feldfrei!Das Innere ist feldfrei!

Zurück Weitere Bilder

Feldlinienbilder: InfluenzFeldlinienbilder: Influenz Die punktförmige positive Ladung bindet an der Oberfläche der Die punktförmige positive Ladung bindet an der Oberfläche der

geerdeten Metallplatte die gleichgroße negative Ladungsmenge.geerdeten Metallplatte die gleichgroße negative Ladungsmenge.

Da die Feldlinien senkrecht auf der Platten enden müssen, Da die Feldlinien senkrecht auf der Platten enden müssen, verlaufen die Feldlinien gekrümmt.verlaufen die Feldlinien gekrümmt.

Da eine gleichgroße negative Ladung in gleicher Entfernung auf Da eine gleichgroße negative Ladung in gleicher Entfernung auf der anderen Seite das symmetrische Feld hervorrufen muss, wirkt der anderen Seite das symmetrische Feld hervorrufen muss, wirkt die Platte für das gemeinsame Feldlinienbild wie ein Spiegel.die Platte für das gemeinsame Feldlinienbild wie ein Spiegel.

Die neutrale Kugel ändert den radialen Feldlinienverlauf der Die neutrale Kugel ändert den radialen Feldlinienverlauf der großen positiv geladenen Kugel.großen positiv geladenen Kugel.

An der linken Seite werden durch die Feldkräfte negative An der linken Seite werden durch die Feldkräfte negative Ladungen gebunden. Feldlinien enden senkrecht an der Ladungen gebunden. Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche.Oberfläche.

An der rechten Seite treten beginnend an positiven Ladungen An der rechten Seite treten beginnend an positiven Ladungen Feldlinien senkrecht aus der Oberfläche aus.Feldlinien senkrecht aus der Oberfläche aus.

Trennt man die beiden kleinen Kugeln, so wird durch die Influenz Trennt man die beiden kleinen Kugeln, so wird durch die Influenz die eine positiv und die andere negativ geladen sein.die eine positiv und die andere negativ geladen sein.

ZurückZurück

Kraft auf Probeladungen im Kraft auf Probeladungen im homogenen Feldhomogenen Feld

+ -

FelDas E-Feld zwischen einer posi-

Das E-Feld zwischen einer posi-

tiven und negativen Ladung

tiven und negativen Ladung • Die Probeladung qDie Probeladung q++ erfährt zwei erfährt zwei Teilkräfte.Teilkräfte.

• Sie wird von der positiven felder-Sie wird von der positiven felder-zeugenden Ladung abgestoßen.zeugenden Ladung abgestoßen.

• Gleichzeitig wird sie von der negativen Gleichzeitig wird sie von der negativen felderzeugenden Ladung angezogen.felderzeugenden Ladung angezogen.

• Die Resultierende zeigt tangential zum Die Resultierende zeigt tangential zum elektr. Feld.elektr. Feld.

Versuch 1: Kügelchen im Versuch 1: Kügelchen im KondensatorKondensator

Legt man an die Kondensator-Legt man an die Kondensator-platten eine Spannung so erfährt platten eine Spannung so erfährt das ungeladene Kügelchen keine das ungeladene Kügelchen keine Kraft.Kraft.

Lädt man das Kügelchen auf, dann Lädt man das Kügelchen auf, dann wird es eine Kraft erfahren.wird es eine Kraft erfahren.

Stößt das Kügelchen an die Platte, dann gibt es seine Stößt das Kügelchen an die Platte, dann gibt es seine Ladung ab und nimmt Ladung mit entgegengesetztem Ladung ab und nimmt Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen auf.Vorzeichen auf.

Das Kügelchen pendelt zur anderen Platte und wieder Das Kügelchen pendelt zur anderen Platte und wieder wechselt die Ladung ihr Vorzeichen.wechselt die Ladung ihr Vorzeichen.

Kraft auf Probeladung im Kraft auf Probeladung im homogenen Feldhomogenen Feld

------------

Fel

Fel

Fel

Fel

Fel

2

-

Die Kraftrichtung hängt von Die Kraftrichtung hängt von dem Vorzeichen der dem Vorzeichen der Probeladung ab.Probeladung ab.

Die gleiche Probeladung erfährt Die gleiche Probeladung erfährt im homogenen Feld überall die im homogenen Feld überall die gleiche Kraft.gleiche Kraft.

Bei doppelter Probeladung ist Bei doppelter Probeladung ist auch die Kraft doppelt so groß.auch die Kraft doppelt so groß.

Inhomogenes FeldInhomogenes Feld

Radiales Feld

+Fel Fel

Fel

Fel

Fel Im inhomogenen elektrischen Feld ist die Im inhomogenen elektrischen Feld ist die

elektr. Kraft Felektr. Kraft Felel in einem Punkt in einem Punkt

proportional zur Probeladung q. proportional zur Probeladung q. Der Quotient aus Kraft und Probeladung ist Der Quotient aus Kraft und Probeladung ist

von der jeweiligen Probeladung unab-von der jeweiligen Probeladung unab-hängig, hängt aber vom Ort ab. hängig, hängt aber vom Ort ab.

F elF el~ qq = konstant

in Betrag und Richtung

Je weiter der Messpunkt im radialen Feld von Je weiter der Messpunkt im radialen Feld von der felderzeugenden Ladung entfernt ist, des-der felderzeugenden Ladung entfernt ist, des-to kleiner wird der Quotient.to kleiner wird der Quotient.

Erklärung: BandgeneratorErklärung: Bandgenerator Das Gummiband G läuft über die Walzen Das Gummiband G läuft über die Walzen

WW11 (Glas) und W (Glas) und W22 (Kunststoff). (Kunststoff).

Durch Berührungselektrizität lädt sich das Durch Berührungselektrizität lädt sich das Band gegenüber Glas negativ und Band gegenüber Glas negativ und gegenüber Kunststoff positiv auf.gegenüber Kunststoff positiv auf.

Bringt man Metallkämme (KBringt man Metallkämme (K11, K, K22) nahe an ) nahe an

das Band so findet dort ein das Band so findet dort ein Ladungsübergang statt.Ladungsübergang statt.

Die obere Kugel wirkt wie ein Faradaykäfig. Die obere Kugel wirkt wie ein Faradaykäfig. Die negative Ladung verteilt sich über die Die negative Ladung verteilt sich über die äußere Kugeloberfläche.äußere Kugeloberfläche.

Durch die Spitzenwirkung von KDurch die Spitzenwirkung von K1 1 und die und die

negative Aufladung der Walze springt negative Aufladung der Walze springt negative Ladung auf den Kamm und das negative Ladung auf den Kamm und das Gummiband wird umgeladen.Gummiband wird umgeladen.

Auf der Kugel A wird durch Influenz die neg. Ladung nach unten auf KAuf der Kugel A wird durch Influenz die neg. Ladung nach unten auf K22

gedrängt. Da die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu einer gedrängt. Da die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu einer Umladung der Oberfläche des Gummibandes.Umladung der Oberfläche des Gummibandes.

Versuche: BandgeneratorVersuche: Bandgenerator

Kräfte zwischen gleichnamigen und Kräfte zwischen gleichnamigen und ungleichnamigen Ladungen.ungleichnamigen Ladungen.

Wattebausch: FeldrichtungWattebausch: Feldrichtung Influenz: Ladungstrennung in der Nähe der Influenz: Ladungstrennung in der Nähe der

Bandgenerator-Kugel.Bandgenerator-Kugel.

Erklärung: Bandgenerator

Ladungsmessung: Elektroskop

-

- - -

- - -

Eigenschaften von LadungenEigenschaften von Ladungen Ladung fließt von der Ladung fließt von der

Konduktorkugel auf das Konduktorkugel auf das Elektroskop. Gleichmäßi-Elektroskop. Gleichmäßi-ge Verteilung über die ge Verteilung über die gemeinsame Oberfläche.gemeinsame Oberfläche.

Da sich gleichnamige Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, Ladungen abstoßen, schlägt der bewegliche schlägt der bewegliche Zeiger aus.Zeiger aus.

Satz: Mit dem Elektroskop kann man Mit dem Elektroskop kann man ruhende Ladungen nachweisen ruhende Ladungen nachweisen und vergleichenund vergleichen

Ladungsnachwe

Ladungsnachwe

isis

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Das elektrische Feld. E-Feld Das elektrische Feld E-Feld Wirkung des Feldes