Zusammenfassung: Das elektrische Feld: Unterschied zwischen den Versionen
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::<math>\epsilon_0 \, E \, A = Q \quad \Leftrightarrow \quad E = \frac{1}{\epsilon_0}\frac{Q}{A} \qquad \qquad \qquad \varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot 10^{-12} \frac {\mathrm{A}\,\mathrm{s}} {\mathrm{V}\,\mathrm{m}} \text{ ist die elektrische Feldkonstante}</math> | ::<math>\epsilon_0 \, E \, A = Q \quad \Leftrightarrow \quad E = \frac{1}{\epsilon_0}\frac{Q}{A} \qquad \qquad \qquad \varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot 10^{-12} \frac {\mathrm{A}\,\mathrm{s}} {\mathrm{V}\,\mathrm{m}} \text{ ist die elektrische Feldkonstante}</math> | ||
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Version vom 4. Mai 2017, 17:44 Uhr
(Kursstufe > Das elektrische Feld)
Inhaltsverzeichnis
Feldtheorie
- Das elektrische Feld vermittelt eine Wechselwirkung zwischen Gegenständen, die elektrische Ladung tragen.
- Das elektrische Feld drückt alle Gegenstände mit gleichnamigen elektrischen Ladungen [math]Q[/math] voneinander weg (+ + oder - -)
- und zieht alle Gegenstände mit ungleichnamigen elektrischen Ladungen aufeinander zu (+ -).
Feldenergie
- Trennt man Ladungen, so speichert das elektrische Feld Energie.
Graphische Darstellung
- Die Feldlinien geben die Kraftrichtung auf einen positven Probekörper an.
- Die Feldflächen stehen senkrecht auf den Linien.
Zug- und Druckspannungen
- Das elektrische Feld steht parallel zu den Linien unter Zugspannung und parallel zu den Flächen unter Druckspannung.
- "Feldlinien sind sich abstoßende Gummibänder"
Feldstärke
- Die Feldstärke ist der Ortsfaktor des Feldes an einer Stelle und eine vektorielle Größe.
- Sie gibt die auf eine Ladungseinheit normierte Kraftwirkung an:
- [math]\vec E=\frac{\vec F}{Q} \quad \Leftrightarrow \quad \vec F=Q\, \vec E[/math]
Potential
- Bewegt man einen Probekörper in einem elektrischen Feld, so speichert das Feld die benötigte Energie oder gibt sie wieder ab.
- Diese Energie heißt potentielle Energie.
- Der Probekörper bewegt sich im Feld ähnlich wie eine rollende Kugel im Potentialgebirge.
- Feldflächen sind Äquipotentialflächen und entsprechen den Höhenlinien im Potentialgebirge.
- Das Potential eines Feldes gibt die auf eine Ladungseinheit normierte potentielle Energie in Bezug auf ein Nullniveau an.
- Der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten heißt Spannung:
- [math]\varphi = \frac{W}{Q}[/math][1] [math]\textrm{ }\qquad \Delta \varphi = U[/math]
- Bewegt sich ein Probekörper mit der Ladung Q die Spannung U herauf (herab), so nimmt die Energie zu (ab) um:
- [math]W = Q\,U[/math]
- Die Feldstärke ist die räumliche Änderungsrate des Potentials. ("Steilheit des Potentialgebirges")
- [math]E = \varphi' \approx \frac{\Delta \varphi}{\Delta s} = \frac{U}{d}[/math]
Ladung als Quellenstärke
- Die Feldstärke kann man als "Feldliniendichte" interpretieren.
- Die "Anzahl der Feldinien" durch eine Fläche als Feldfluss.
- Der Feldfluss durch eine geschlossene Fläche ist gerade die enthaltene Ladung. Die Feldstärke ist proportional zur "Flächenladungsdichte".
- Bei einer Feldstärke von 1 N/C und einer Oberfläche von 1m2 beträgt die von der Fläche umschloßene Ladung [math]8{,}85 \cdot 10^{-12} \mathrm C[/math].
- [math]\epsilon_0 \, E \, A = Q \quad \Leftrightarrow \quad E = \frac{1}{\epsilon_0}\frac{Q}{A} \qquad \qquad \qquad \varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot 10^{-12} \frac {\mathrm{A}\,\mathrm{s}} {\mathrm{V}\,\mathrm{m}} \text{ ist die elektrische Feldkonstante}[/math]
Der Kondensator
- Ein einfacher Plattenkondensator besteht aus zwei parallenen Platten.
- Vereinfachend nimmt man an, dass sich nur zwischen den Platten ein homogenes Feld befindet.
- Einen geladenen Kondensator kann man mit einem aufgepumpten Fahrradreifen vergleichen:
Fahrradreifen Kondensator speichert Luft speichert el. Ladung Druckenergie der Luft el. Energie des Feldes Luftdruck el. Potential Druckunterschied Spannung
Fußnoten
- ↑ Die potentielle Energie kürzt man normalerweise mit [math]E_{pot}[/math] ab, aber der Buchstabe [math]E[/math] steht schon für die Feldstärke.
