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Elektrisches Radialfeld

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Präsentation zum Thema: "Elektrisches Radialfeld"—  Präsentation transkript:

1 Elektrisches Radialfeld
Coulomb-Gesetz Elektrisches Radialfeld Zsf. Löber

2 Das elektrische Radialfeld
- Im „Grieskörner-Versuch“ (zwischen den Elektroden, an denen Hochspannung anliegt, schwimmen Grieskörner in Öl) ergab sich folgendes Bild der elektrischen Feldlinien +

3 Zusammenhang E-Feld - Ladungen
Im homogenen Feld des Plattenkondensator haben wir folgende Formel erarbeitet: + Ladungen sind Quellen des E-Feldes! Anschaulich: „Am Anfang und am Ende jeder Feldlinie sitzt ein Ladungsteilchen“ Für kleine Bereiche an der Oberfläche können wir von einem homogenen Feld ausgehen, so dass dort obige Formel gilt.

4 Elektrische Feldstärke
Nun denken wir 3-dimensional: Innen eine kleine Kugel Das E-Feld endet auf der äußeren Kugelschale mit der Oberfläche - Dort gilt ebenfalls: + Also auch:

5 Coulombgesetz (nach Charles Augustin Coulomb, Frankreich, 1736 - 1806)
Diese Formel gibt beim Abstand r vom Mittelpunkt die elektrische Feldstärke im Radialfeld, das von der Ladung Q erzeugt wird, an: Q+ q+ F Auf eine Probeladung q wirkt somit die Coulombkraft F q-

6 Erläuterung zum Coulombgesetz
Je mehr Ladungen Q das elektrische Feld erzeugen und je größer die Probe-ladung q, desto größer die Kraft auf die Probeladung q: Je kleiner der Ab-stand r der Probe-ladung vom Mittel-punkt der Kugel, desto größer die Kraft: Der Radius der Kugel hat keinen Einfluss auf die Kraft!!

7 Bedeutung des Coulombgesetzes
Das Coulombgesetz beschreibt sowohl die elektrischen Felder von Elektronen und Protonen (mit ) als auch von Molekülen . Damit beschreibt es das Verhalten auf atomarer und molekularer Ebene. Da jede Ladungsanordnung aus den Elementar-ladungen besteht, ist im Prinzip jedes E-Feld durch Überlagerung der Radialfelder der Elementarladungen berechenbar Jede elektrische Kraft ist die (Vektor-)Summe vieler Coulombkräfte!

8 Coulombkraft - Gravitationskraft
Linearität zu Ladungen Lineariät zu Massen 1/r² - Abhängigkeit 1/r² - Abhängigkeit Coulombkraft zwischen 2 Elektronen: Gravitation zwischen zwei Elektronen: G ist auf atomarer Ebene vollständig vernachlässigbar (Faktor 1040)

9 Energie im Coulombfeld
Gesucht ist die Energie, die q gewinnt, wenn es von r1 nach r2 bewegt wird! Bei konst. Kraft gilt: Allgemein gilt: Somit im Coulombfeld: Die Spannung zwischen r1 und r2 ergibt somit:

10 Zusammenfassung Gesetze im Radialfeld
Kraft – Feldstärke: q: Probeladung Q: felderzeugende Ladung r: Abstand der Mittelpunkte Energie – Spannung zwischen den Punkten mit Abständen r1 und r2 vom Mittelpunkt von Q

11 Beispielaufgabe Gegeben ist eine Kugel mit Radius R1 = 3 cm und der Ladung Q = 5 nC und eine kleine Kugel mit R2 = 1 cm, q =-0,5 nC im Abstand d = 5 cm. Berechne die elektrische (Anziehungs-) Kraft zwischen den Kugeln! Die kleine Kugel wird s = 20 cm weiter entfernt. Welche Energie nimmt sie auf? Weitere Übungen: Metzler S. 197 Nr. 1 und 3 bis morgen bitte lösen!


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