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Coulomb-Gesetz Elektrisches Radialfeld Zsf. Löber.

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Präsentation zum Thema: "Coulomb-Gesetz Elektrisches Radialfeld Zsf. Löber."—  Präsentation transkript:

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2 Coulomb-Gesetz Elektrisches Radialfeld Zsf. Löber

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

4 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.

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

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

7 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!!

8 Bedeutung des Coulombgesetzes 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! Das Coulombgesetz beschreibt sowohl die elektrischen Felder von Elektronen und Protonen (mit ) als auch von Molekülen.

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

10 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:

11 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

12 Beispielaufgabe Gegeben ist eine Kugel mit Radius R 1 = 3 cm und der Ladung Q = 5 nC und eine kleine Kugel mit R 2 = 1 cm, q =-0,5 nC im Abstand d = 5 cm. 2. Die kleine Kugel wird s = 20 cm weiter entfernt. Welche Energie nimmt sie auf? 1.Berechne die elektrische (Anziehungs-) Kraft zwischen den Kugeln! Weitere Übungen: Metzler S. 197 Nr. 1 und 3 bis morgen bitte lösen!


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