Materie im elektrischen Feld: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 13. April 2017, 13:05 Uhr

(Kursstufe > Das elektrische Feld)

Versuche

Kondensator mit Dielektrikum

Faradayscher Käfig

• MIT Video einer Vorlesung von Walter Lewin. (

Lecture 5: Electrostatic Shielding (Faraday Cage)) Ab 43:00 Influenzierter Gegenstand, Radio und Mensch im Faradaykäfig.

Ergebnisse

• Elektrisch neutrale Gegenstände werden durch ein elektrisches Feld polarisiert (influenziert). Die Polarisation eines Gegenstandes hält aber ohne Feld nicht an.
• Innerhalb des polarisierten Gegenstandes bildet sich ein elektrisches Gegenfeld aus. An den Rändern entstehen Polarisierungsladungen. Durch die Polarisierung wird das elektrische Feld im Gegenstand schwächer.

Quellen des elektrischen Feldes sind freie elektrische Ladungen und an polarisierte Gegenstände gebundene Polarisationsladungen.

• Die Energie ist nun im schwächeren Feld und im polarisierten Gegenstand gespeichert.

Molekulare Veränderungen

Die Veränderungen auf der Möleküle des Gegenstandes sind, je nach Eigenschaft des Materials, unterschiedlich:

• Bei Leitern verschieben sich die beweglichen Hüllenelektronen.
• Bei Isolatoren verschieben sich die Atomhüllen der einzelnen Atome.
• Bei Materialien, deren einzelne Moleküle bereits eine elektrische Asymetrie aufweisen und deshalb ein Dipol sind, drehen sich die Moleküle und richten sich aus.

Dielektrizitätszahl und Polarisation

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der Polarisation (Influenz) von Material zu beschreiben.

• Einmal mit der Dielektrizitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.

Die Feldstärke sinkt auf [math]1/\epsilon_r[/math]-el.

• Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die Feldstärke absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:

Die Polarisierungslinien beschreiben den Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes von den negativen zu den positiven Polarisations-Ladungen.

Deshalb beginnen die Polarisationslinien dort, wo die Feldlinien enden. Polarisationslinien enden dort, wo Feldlinien beginnen.

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  Ein isolierender Gegenstand wird durch Verschiebung der Elektronenhüllen polarisiert.

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  Bei einem leitenden Gegenstand werden die beweglichen Elektronenhüllen insgesamt verschoben.

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  Der Gegenstand ist polarisiert, an den Oberflächen des Gegenstandes befinden sich (Polarisations-) Ladungen...

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  und es bildet sich innerhalb des Gegenstandes ein elektrisches Gegenfeld aus.

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  Die Dielektrizitätszahl [math]\epsilon_0[/math] gibt an auf welchen Bruchteil die Feldstärke im Gegenstand abnimmt.

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  Die dielektrische Verschiebung D bleibt im gesamten Bereich konstant.

Links

• Skript der Uni Würzburg: Dielektrika im Feld
• Skript: Lecture7 Polarization (Cornell University, Ithaca, New York)
• Wikipedia: Elektret Elektrisches Analogon zu Dauermagneten. Materie wird dauerhaft elektrisch polarisiert.
  • Herstellung von Elektreten und Elektretmikrofone (FL-electronic / Neuklang Mühlenpfordtstr.5 38106 Braunschweig)