Das elektrische Feld

Das elektrische Feld

Das elektrische Feld

E-Feld

Das elektrische Feld

E-Feld

Wirkung des Feldes

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes

E-Feld

Faradays Feldidee

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes

E-Feld Feldlinien

Faradays Feldidee

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes

Gesetze der Elektrostatik

E-Feld

Feldlinien

Faradays Feldidee

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Kraft im homogen Feld

Faradays Feldidee

E-Feld Gesetze der Elektrostatik

Feldlinien

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld Nachweis positiver und negativer Ladungen mit der Glimmlampe.

Wie kann man Ladungen nachweisen?  Entladungen  Kraft auf andere Ladungen  Influenz

Ladungsmessung: Elektroskop

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld Faradays Feldidee  Der Raum ist geprägt.  Der Raum ist der Vermittler der Kraft.

Unterschied zwischen felderzeugenden Ladung und Probeladung! Eine Ladung kann auf sich selbst keine Kraft ausüben.

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld Faradays Feldlinien 



Die Feldlinien zeigen in jedem Raumpunkt in Richtung der Kraft auf eine positive Ladung. Feldlinien können sich nicht verzweigen

Versuch: Feldlinienbilder

Folie: Feld zwischen einer positiven und negativen Ladung 

Je dichter die Feldlinien, desto größer die elektr. Kraft. Mechanische Model: Feldlinien versuchen sich gegenseitig abzustoßen und zu verkürzen.



Auch im Innern von Leitern werden Ladungen durch Felder bewegt.

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld Gesetze der Elektrostatik (alle Ladungen ruhen)  

  

Das Innere von Leitern muss bei ruhenden Ladungen feldfrei sein. Die Kräfte auf die Ladungen und damit die Feldlinien müssen von der Leiteroberfläche senkrecht nach außen zeigen. Eine Ladung erfährt nur eine Kraft in einem Fremdfeld, niemals im Eigenfeld. Feldlinien beginnen an einer positiven und enden an einer negativen Ladung Spitzenwirkung: An einer Spitze verlaufen die Feldlinien dichter. Feldlinienbilder

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld Kraft auf eine Probeladung im homogenen Feld 

Ein geladenes Kügelchen erfährt im elektrischen Feld eine Kraft. Versuch: Kügelchen im Kondensator



Die Kraft ist der Ladung proportional. Folie: Kraft auf eine Probeladung (Komponentenzerlegung)



Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung Kraft.

Das elektrische Feld Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung -Kraft.       

Kugel wird ausgelenkt. Kraft Fel nach rechts. Gewichtskraft G = mg Kräfteparallelogramm Resultierende FR Größen im Lageplan Berechnungsformel

s l s 2

 2

Fe l G

l

Fel

S

G

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld Definition des elektrischen Feldes: 

E 

Satz:

Der Quotient aus elektr. Kraft Fel und Probeladung q bezeichnet man als elektr. Fel Feldstärke E.

q

E ist ein Vektor und gleichorientiert wie die Kraft auf eine positive Probeladung. Die Einheit der elektr. Feldstärke:

E   1

Inhomogenes Feld

N C

Das elektrische Feld Wirkung des Feldes Def. Der elektr. Feldstärke

Faradays Feldidee

E-Feld Kraft im homogen Feld

Feldlinien Gesetze der Elektrostatik

Das elektrische Feld

Eigenschaften von 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

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

+

+

-

Zurück zu Folie 9

Das elektrische Feld A B

- +-

+

Zwei neutrale Kugeln A und B berühren sich.

Zwei neutrale Kugeln

K

+

Trenn en

--

+ +

A B

Ladungstrennung durch Influenz

Zurück zu Folie 9

Einer positiven Kugel werden den beiden Kugeln genähert

Trennt man jetzt die Kugeln A und A B, dann sind B+ beide geladen.

Feldlinienbilder  Die Feldlinien beginnen an der positiven Ladung Q+ und enden an der negativen Ladung Q-.

 Die Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche an einer Ladung.  Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien gerichtet.  Bei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, bei negativer entgegengesetzt  Mechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung  Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein homogenes Feld.  Im Randbereich liegt ein inhomogenes Feld vor.  Da die Feldlinien an einer Ladung beginnen und enden, müssen diese Ladungen fast ausschließlich an den Innenflächen gebunden sein.  Mechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung Zurück: Gesetze der Elektrostatik

Weitere Bilder

Zurück: Faradays Feldlinien

Weitere Feldlinienbilder 

Endet die Feldlinie an der Ladung Q-1 nicht senkrecht zu Oberfläche, dann tritt neben der Normalkraft auch noch eine tangentiale Kraftkomponente auf.



Die Ladung Q-1 bewegt sich in Pfeilrichtung. Es fließt ein Strom.



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

 Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten.  Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche gebunden, rechts positive. Influenz!  Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche.

 Das Innere ist feldfrei!

Zurück

Weitere Bilder

Feldlinienbilder: Influenz  Die punktförmige positive Ladung bindet an der Oberfläche der geerdeten Metallplatte die gleichgroße negative Ladungsmenge.

 Da die Feldlinien senkrecht auf der Platten enden müssen, verlaufen die Feldlinien gekrümmt.  Da eine gleichgroße negative Ladung in gleicher Entfernung auf der anderen Seite das symmetrische Feld hervorrufen muss, wirkt die Platte für das gemeinsame Feldlinienbild wie ein Spiegel.  Die neutrale Kugel ändert den radialen Feldlinienverlauf der großen positiv geladenen Kugel.  An der linken Seite werden durch die Feldkräfte negative Ladungen gebunden. Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche.  An der rechten Seite treten beginnend an positiven Ladungen Feldlinien senkrecht aus der Oberfläche aus.

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

Kraft auf Probeladungen im homogenen Feld • Die Probeladung q+ erfährt zwei Teilkräfte. • Sie wird von der positiven felderzeugenden Ladung abgestoßen.

Fel

+

-

• Gleichzeitig wird sie von der negativen felderzeugenden Ladung angezogen. • Die Resultierende zeigt tangential zum elektr. Feld.

Versuch 1: Kügelchen im Kondensator  Legt man an die Kondensatorplatten eine Spannung so erfährt das ungeladene Kügelchen keine Kraft.  Lädt man das Kügelchen auf, dann wird es eine Kraft erfahren.

 Stößt das Kügelchen an die Platte, dann gibt es seine Ladung ab und nimmt Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen auf.  Das Kügelchen pendelt zur anderen Platte und wieder wechselt die Ladung ihr Vorzeichen.

Kraft auf Probeladung im homogenen Feld -

-F el

F el

F el F el

2F el

 Die Kraftrichtung hängt von dem Vorzeichen der Probeladung ab.

 Die gleiche Probeladung erfährt im homogenen Feld überall die gleiche Kraft.  Bei doppelter Probeladung ist auch die Kraft doppelt so groß.

Inhomogenes Feld Ra Fe l

d ia

F el F el

eFl

+

l es

 Fe ld

Fel



Im inhomogenen elektrischen Feld ist die elektr. Kraft Fel in einem Punkt proportional zur Probeladung q. Der Quotient aus Kraft und Probeladung ist von der jeweiligen Probeladung unabhängig, hängt aber vom Ort ab.

Fel

~

q

Fel = k on st an t q in Be trag und Richtung

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

Erklärung: Bandgenerator





Das Gummiband G läuft über die Walzen W1 (Glas) und W2 (Kunststoff).



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



Bringt man Metallkämme (K1, K2) nahe an das Band so findet dort ein Ladungsübergang statt.



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



Durch die Spitzenwirkung von K1 und die negative Aufladung der Walze springt negative Ladung auf den Kamm und das Gummiband wird umgeladen.

Auf der Kugel A wird durch Influenz die neg. Ladung nach unten auf K2 gedrängt. Da die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu einer Umladung der Oberfläche des Gummibandes.

Versuche: Bandgenerator 





Erklärung: Bandgenerator

Kräfte zwischen gleichnamigen und ungleichnamigen Ladungen. Wattebausch: Feldrichtung Influenz: Ladungstrennung in der Nähe der Bandgenerator-Kugel.

Ladungsmessung: Elektroskop

Eigenschaften von Ladungen 



Ladung fließt von der Konduktorkugel auf das Elektroskop. Gleichmäßige Verteilung über die gemeinsame Oberfläche. Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, schlägt der bewegliche Zeiger aus. Satz:

-

-

-

-

-

-

Mit dem Elektroskop kann man ruhende Ladungen nachweisen und vergleichen