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Wechselwirkungen und Felder
Lernziele: Die grundlegenden Wechselwirkungen der Physik und die daraus resultierenden Kräfte kennen und mit Bereichen aus dem Alltag und der Technik in Verbindung bringen können. Die elementaren Eigenschaften der elektischen Ladung kennen und Auswirkungen quantifi-zieren können.
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Historische Entwicklung
Issac Newton ( ) Gravitationsgesetz Daniel Bernoulli ( ) Leonhard Euler ( ) Geschwindigkeitsfeld, Beschleunigungsfeld in der Hydrodynamik
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Historische Entwicklung
Charles A. Coulomb ( ) Elektrostatik, Magnetostatik Andre Ampere ( ) Kraft zwischen Strömen Simeon Poisson ( ) Potentialtheorie
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Historische Entwicklung
Hans Chr. Oerstedt ( ) bewegte elektrische Ladungen erzeugen ein Magentfeld Michael Faraday ( ) Elektromagnetische Induktion James C. Maxwell ( ) Vollständige Beschreibung elektromagneti- scher Vorgänge ("Maxwell-Gleichungen)"
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Vier Wechselwirkungen
Starke Wechselwirkung (Kernteilchen) Elektromagnetische Wechselwirkung (Ladung) Schwache Wechselwirkung (Elementarteilchen) Gravitations-Wechselwirkung (Masse)
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Starke Wechselwirkung
Quelle des Feldes: Protonen, Neutronen, Pionen, Hyperonen Kraft: Kernkraft Stärke: 1 Reichweite: klein
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Elektromagnetische WW
Quelle des Feldes: alles, was elektrische Ladungen enthält Kraft: Elektrische Kraft, Magnetische Kraft Stärke: 1/100 Reichweite: gross
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Schwache Wechselwirkung
Quelle des Feldes: alle Elementarteilchen Kraft: Schwache Wechselwirkungskraft Stärke: 1/1015 Reichweite: klein
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Gravitations-WW Quelle des Feldes: alle schweren Massen
Kraft: Schwerkraft Stärke: 1/1038 Reichweite: unbegrenzt gross
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Felder
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Der allgemeine Feldbegriff
Wird jedem Punkt eines Raumes eine physikalische Grösse mit einem bestimmten Betrag zugeordnet, so heisst dieser Raum ein Feld.
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Feldarten Statisches Feld - Wechselfeld Skalarfeld - Vektorfeld
Quellenfeld - Wirbelfeld Homogenes Feld - Inhomogenes Feld
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Elektrostatik Elektrizität durch Reibung Das Elektroskop
Die zwei Arten der Ladung Anziehung und Abstossung Laden und Entladen Ladungsspeicher
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Das elektrische Feld Feldlinienbilder
Elektrischer Fluss und Feldstärke Wie könnte ein elektrisches Feld vermessen werden (Form, Stärke) Warum können sich Feldlinien nicht schneiden?
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2 positive Punktladungen
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Positive und negative Punktladungen
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4 positive Punktladungen
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Platte und Spitze
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Feldfluss und Feldstärke
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Elektrisches Feld Quellenfeld
Ladung Q proportional zum elektrischen Fluss E . Es gilt: Q = 0 E Feldlinien senkrecht zur Oberfläche elektrischer Leiter. Im Inneren eines Leiters kein Feld Geschlossene Leiterhülle schirmt Innenraum ab Feldstärkevektor
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Das Coulombsche Gesetz
Experiment: Drehwaage:
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Coulombsches Gesetz
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Coulombsches Gesetz F > 0 Abstossung F < 0 Anziehung
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