Physik, 12 - Das elektrische
Feld |
Übersicht
 Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab
und ungleichnamige ziehen sich an. Jeder kenn diesen Satz. Die ihm zugrunde
liegende Vorstellung, dass Kräfte ohne Vermittler übertragen übertragen
werden (Fernwirkung) ist kaum jemandem bewusst.Michael Faraday führte daher als
Übermittler dieser elektrischen Kraft das elektrische Feld ein (Nahwirkung).
Hier ein
Link zum Download der aller in dieser Reihe verwendeten Folien: Sammlung
E-Felder und Sammlung
Kondensator |
Darstellung
Hier erfolgt die Kontextantwort auf
die Frage: 3) Wie kann man die wirkende Kraft beschreiben?
Normalerweise müssen zwei Körper
sich berühren um eine Kraft aufeinander ausüben zu können. Üben sie auch
über Entfernung (ohne etwas dazwischen) eine Kraft aufeinander aus, so
beschreibt die Physik dies mit einem Feld.
Die Feldlinien zeigen in die Richtung
der ausgeübten Kraft.
Die Dichte der Feldlinien zeigt die
Feldstärke (Größe der Kraft) an
Die elektrischen Feldlinien
entspringen auf positiven Ladungen und enden überschneidungsfrei auf negativen.
Auf der untergeordneten Seite Darstellung
wird das Prinzip nochmals mit Hilfe eines Java Applets
durch geladenen Kugel verdeutlicht.
Feldstärke
Hier erfolgt die Kontextantwort
auf die Frage: 4) Wie kann man die Kraft berechnen?
 Zur Beschreibung
des elektrischen Feldes muss nicht nur die Richtung der Kraft, sondern
auch der Betrag (Größe) der Kraft bekannt sein. Die Dichte der
Feldlinien ist zwar ein anschauliches Maß für den Betrag der Kraft, zum Rechnen aber ungeeignet.
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 Die elektrische
Feldstärke ist der Quotient aus der Kraft F, die ein geladenes Teilchen am
betrachteten Ort erfährt und seiner positiven Ladung Q. |
 Befindet sich eine Testladung im Einflussbereich von mehr als einer
felderzeugenden Ladung, so addieren sich die Kräfte vektoriell.
Diese Überlagerung
der von 2 Punktladungen ausgehenden Einzelkräften zur resultierenden Gesamtkraft ist sehr
schön bei einem Java
Applet auf den Seiten von W. Kallenbach zu sehen. |
 Die
Shockwave
Simulation zeigt seht schön animiert wie sich durch Summation
der Einzelkräfte auf eine Testladung der einzelnen Ladungen eines
Strom durchflossenen Leiters eine Gesamtkraft ergibt. |
 Die
Shockwave
Simulation zeigt seht schön animiert wie sich durch Summation
der Einzelkräfte auf eine Testladung der einzelnen Ladungen einer
Strom durchflossenen Spule eine Gesamtkraft ergibt.Das
Copyright liegt bei:
The Physics 8.02 Website |
Hier die im
Unterricht gerechneten OHP
Aufgaben Feldstärke.
Arbeit: Energiewandlung
im elektrischen Feld
Hier erfolgt die Kontextantwort
auf die Frage: 5) Wie schnell sind die Elektronen nachher?
 Durch das Anheben einer Masse im Gravitationsfeld
wird dem Körper durch die Hubarbeit potentielle Energie
zugeführt. Diese kann sich durch Fallenlassen in kinetische Energie
umwandeln.Genauso wird durch Verschiebungsarbeit entgegen den
Feldlinien des elektrischen Feldes die potentielle Energie des
geladenen Körpers verändert. Auch hier wandelt sie sich in
kinetische Energie um sobald der geladene Körper
"Losgelassen" wird. Eine Verschiebung entlang einer
Äquipotentialfläche erfordert in beiden Fällen keine Arbeit. |
Berücksichtigt
man den Vektorcharakter von s und E so ergibt sich:
Dies ist sehr
schön in einem Java Applet auf der untergeordneten Seite Kondensator
zu sehn
Hier die im
Unterricht gerechneten OHP
Aufgaben Energiewandlung.
Elektrisches Potential
und elektrische Spannung
 Hier erfolgt nochmals die Kontextantwort auf die
Frage: Wie kann man die Kraft berechnen? (Beim ersten mal wurde sie
zwar berechnet, allerdings musste dafür die Ladung der Platten
bekannt sein und nicht deren Spannung)
Auf der
untergeordneten Seite Potential wird der
Zusammenhang zwischen elektrischem Feld und der
Potentialbeschreibung sehr schön
an einem Java Applet veranschaulicht.
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Hier die im
Unterricht gerechneten OHP
Aufgaben Potential.
Coulomb
Die Erarbeitung
des Coulomb´schen Gesetz erfolgt als physikalische Vertiefung und nicht
im Kontext.
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Torsionsdrehwage von
Coulomb und ein Nachbau |
Mit Hilfe der
Torsionsdrehwage fand Coulomb 1785 folgende Abhängigkeiten:
Diese ergeben als
Gleichung dann das Coulomb´sche Gesetz:
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Auf der
untergeordneten Seite Elektronenorbit
kann man ein Elektron um eine positive Ladung kreisen lassen.
Hier die im
Unterricht gerechneten OHP
Aufgaben Coulomb.
Kondensatoren
 Im Unterricht wird
experimentell die Abhängigkeit der Kondensatorladung von der Spannung,
vom Abstand und von der Fläche erarbeitet.
Durch Umstellen
nach der Influenzkonstanten kann diese somit berechnet werden. Allerdings
ist der Messwert auf Grund systematische Fehler recht ungenau. Durch die
Auswertung der Differenz zweier Kapazitäten ergibt sich (wegen der Elimination
der systematischen Fehler) ein relativ genauer Wert.
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 Außerdem wird die
dielektrische Verschiebung D (Flächenladungsdichte) gemessen - mit dem Ergebnis,
dass sie gleich der Flächenladungsdichte ist.
Die animierte
Abbildung ist den Seiten von LeiFi
entnommen.
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letzte Änderung: 12.4.2005 |
