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Das elektrische Feld. E-Feld Das elektrische Feld E-Feld Wirkung des Feldes.

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Präsentation zum Thema: "Das elektrische Feld. E-Feld Das elektrische Feld E-Feld Wirkung des Feldes."—  Präsentation transkript:

1 Das elektrische Feld

2 E-Feld

3 Das elektrische Feld E-Feld Wirkung des Feldes

4 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee

5 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien

6 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik

7 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld

8 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

9 Das elektrische Feld Wie kann man Ladungen nachweisen? Entladungen Entladungen Kraft auf andere Ladungen Kraft auf andere LadungenKraft auf andere LadungenKraft auf andere Ladungen Influenz InfluenzInfluenz Satz: Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an. Bandgenerator Versuch: Bandgenerator Nachweis positiver und negativer Ladungen mit der Glimmlampe. Nachweis positiver und negativer Ladungen mit der Glimmlampe. Ladungsmessung: Elektroskop

10 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

11 Das elektrische Feld Faradays Feldidee Der Raum ist geprägt. Der Raum ist geprägt. Der Raum ist der Vermittler der Kraft. Der Raum ist der Vermittler der Kraft. Satz: Den Raum um eine Ladung bezeichnet man als elektr. Feld. Es kann durch Kräfte auf Probeladungen oder Influenz nachgewiesen werden. Unterschied zwischen felderzeugenden Ladung und Probeladung! Eine Ladung kann auf sich selbst keine Kraft ausüben.

12 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

13 Das elektrische Feld Faradays Feldlinien Die Feldlinien zeigen in jedem Raumpunkt in Richtung der Kraft auf eine positive Ladung. Die Feldlinien zeigen in jedem Raumpunkt in Richtung der Kraft auf eine positive Ladung. Feldlinien können sich nicht verzweigen Feldlinien können sich nicht verzweigen Je dichter die Feldlinien, desto größer die elektr. Kraft. Je dichter die Feldlinien, desto größer die elektr. Kraft. Auch im Innern von Leitern werden Ladungen durch Felder bewegt. Auch im Innern von Leitern werden Ladungen durch Felder bewegt. Versuch: Feldlinienbilder Feld zwischen einer positiven und negativen Ladung Folie: Feld zwischen einer positiven und negativen Ladung Folie: Mechanische Model: Mechanische Model: Feldlinien versuchen sich gegenseitig abzustoßen und zu verkürzen.

14 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

15 Das elektrische Feld Gesetze der Elektrostatik ( alle Ladungen ruhen ) Das Innere von Leitern muss bei ruhenden Ladungen feldfrei sein. 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. 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. Eine Ladung erfährt nur eine Kraft in einem Fremdfeld, niemals im Eigenfeld. Feldlinien beginnen an einer positiven und enden an einer negativen Ladung Feldlinien beginnen an einer positiven und enden an einer negativen Ladung Spitzenwirkung: An einer Spitze verlaufen die Feldlinien dichter. Spitzenwirkung: An einer Spitze verlaufen die Feldlinien dichter. Feldlinienbilder

16 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

17 Das elektrische Feld Kraft auf eine Probeladung im homogenen Feld Ein geladenes Kügelchen erfährt im elektrischen Feld eine Kraft. Ein geladenes Kügelchen erfährt im elektrischen Feld eine Kraft. Die Kraft ist der Ladung proportional. Die Kraft ist der Ladung proportional. Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung - Kraft. Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung - Kraft. Kügelchen im Kondensator Versuch: Kügelchen im Kondensator Versuch Kraft auf eine Probeladung (Komponentenzerlegung) Folie: Kraft auf eine Probeladung (Komponentenzerlegung) Folie

18 Das elektrische Feld Herleitung des Zusammenhangs: Auslenkung -Kraft. Kugel wird ausgelenkt. Kugel wird ausgelenkt. Kraft F el nach rechts. Kraft F el nach rechts. Gewichtskraft G = mg Gewichtskraft G = mg Kräfteparallelogramm Kräfteparallelogramm Resultierende F R Resultierende F R Größen im Lageplan Größen im Lageplan Berechnungsformel Berechnungsformel F el G S l

19 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

20 Das elektrische Feld Definition des elektrischen Feldes: Satz: Satz: Der Quotient aus elektr. Kraft F el und Probeladung q bezeichnet man als elektr. Feldstärke E.Quotient E ist ein Vektor und gleichorientiert wie die Kraft auf eine positive Probeladung. Die Einheit der elektr. Feldstärke: Die elektrische Feldstärke gibt die Kraft pro Ladungseinheit an. Inhomogenes Feld

21 Das elektrische Feld E- Feld Wirkung des Feldes Faradays Feldidee Feldlinien Gesetze der Elek- trostatik Kraft im homogen Feld Def. Der elektr. Feldstärke

22 Das elektrische Feld

23 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

24 Das elektrische Feld Zurück zu Folie 9 Die positive Ladung in der Mitte übt Kräfte auf die beweglichen Ladungen aus.

25 Das elektrische Feld Zwei neutrale Kugeln A und B berühren sich. Einer positiven Kugel werden den beiden Kugeln genähert Zurück zu Folie 9 Trennt man jetzt die Kugeln A und B, dann sind beide geladen. A-B+A-B+

26 Feldlinienbilder Die Feldlinien beginnen an der positiven Ladung Q + und enden an der negativen Ladung Q -. 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 Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche an einer Ladung. Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien gerichtet. Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien gerichtet. Bei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, bei negativer entgegengesetzt Bei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, bei negativer entgegengesetzt Mechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung Mechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein homogenes Feld. Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein homogenes Feld. Im Randbereich liegt ein inhomogenes Feld vor. 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. 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 Mechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung Zurück: Gesetze der Elektrostatik Zurück: Gesetze der Elektrostatik Weitere Bilder Zurück: Faradays Feldlinien

27 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. 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. 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. Erst wenn nur noch die Normalkomponente wirksam ist, kommt die Ladung zur Ruhe. Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten. Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten. Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche gebunden, rechts positive. Influenz! Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche gebunden, rechts positive. Influenz! Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche. Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche. Das Innere ist feldfrei! Das Innere ist feldfrei! ZurückWeitere Bilder

28 Feldlinienbilder: Influenz Die punktförmige positive Ladung bindet an der Oberfläche der geerdeten Metallplatte die gleichgroße negative Ladungsmenge. 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 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. 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. 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 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. 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. Trennt man die beiden kleinen Kugeln, so wird durch die Influenz die eine positiv und die andere negativ geladen sein. Zurück

29 Kraft auf Probeladungen im homogenen Feld Das E-Feld zwischen einer posi- tiven und negativen Ladung Die Probeladung q + erfährt zwei Teilkräfte.Die Probeladung q + erfährt zwei Teilkräfte. Sie wird von der positiven felder- zeugenden Ladung abgestoßen.Sie wird von der positiven felder- zeugenden Ladung abgestoßen. Gleichzeitig wird sie von der negativen felderzeugenden Ladung angezogen.Gleichzeitig wird sie von der negativen felderzeugenden Ladung angezogen. Die Resultierende zeigt tangential zum elektr. Feld.Die Resultierende zeigt tangential zum elektr. Feld.

30 Versuch 1: Kügelchen im Kondensator Legt man an die Kondensator- platten eine Spannung so erfährt das ungeladene Kügelchen keine Kraft. Legt man an die Kondensator- platten eine Spannung so erfährt das ungeladene Kügelchen keine Kraft. Lädt man das Kügelchen auf, dann wird es eine Kraft erfahren. 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. 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. Das Kügelchen pendelt zur anderen Platte und wieder wechselt die Ladung ihr Vorzeichen.

31 Kraft auf Probeladung im homogenen Feld Die Kraftrichtung hängt von dem Vorzeichen der Probeladung ab. Die Kraftrichtung hängt von dem Vorzeichen der Probeladung ab. Die gleiche Probeladung erfährt im homogenen Feld überall die gleiche Kraft. Die gleiche Probeladung erfährt im homogenen Feld überall die gleiche Kraft. Bei doppelter Probeladung ist auch die Kraft doppelt so groß. Bei doppelter Probeladung ist auch die Kraft doppelt so groß.

32 Inhomogenes Feld Im inhomogenen elektrischen Feld ist die elektr. Kraft F el in einem Punkt proportional zur Probeladung q. Im inhomogenen elektrischen Feld ist die elektr. Kraft F el in einem Punkt proportional zur Probeladung q. Der Quotient aus Kraft und Probeladung ist von der jeweiligen Probeladung unab- hängig, hängt aber vom Ort ab. Der Quotient aus Kraft und Probeladung ist von der jeweiligen Probeladung unab- hängig, hängt aber vom Ort ab. Je weiter der Messpunkt im radialen Feld von der felderzeugenden Ladung entfernt ist, des- to kleiner wird der Quotient.

33 Erklärung: Bandgenerator Das Gummiband G läuft über die Walzen W 1 (Glas) und W 2 (Kunststoff). Das Gummiband G läuft über die Walzen W 1 (Glas) und W 2 (Kunststoff). Durch Berührungselektrizität lädt sich das Band gegenüber Glas negativ und gegenüber Kunststoff positiv auf. Durch Berührungselektrizität lädt sich das Band gegenüber Glas negativ und gegenüber Kunststoff positiv auf. Bringt man Metallkämme (K 1, K 2 ) nahe an das Band so findet dort ein Ladungsübergang statt. Bringt man Metallkämme (K 1, K 2 ) 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. Die obere Kugel wirkt wie ein Faradaykäfig. Die negative Ladung verteilt sich über die äußere Kugeloberfläche. Durch die Spitzenwirkung von K 1 und die negative Aufladung der Walze springt negative Ladung auf den Kamm und das Gummiband wird umgeladen. Durch die Spitzenwirkung von K 1 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 K 2 gedrängt. Da die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu einer Umladung der Oberfläche des Gummibandes. Auf der Kugel A wird durch Influenz die neg. Ladung nach unten auf K 2 gedrängt. Da die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu einer Umladung der Oberfläche des Gummibandes.

34 Versuche: Bandgenerator Kräfte zwischen gleichnamigen und ungleichnamigen Ladungen. Kräfte zwischen gleichnamigen und ungleichnamigen Ladungen. Wattebausch: Feldrichtung Wattebausch: Feldrichtung Influenz: Ladungstrennung in der Nähe der Bandgenerator-Kugel. Influenz: Ladungstrennung in der Nähe der Bandgenerator-Kugel. Influenz Erklärung: Bandgenerator Ladungsmessung: Elektroskop

35 Eigenschaften von Ladungen Ladung fließt von der Konduktorkugel auf das Elektroskop. Gleichmäßi- ge Verteilung über die gemeinsame Oberfläche. Ladung fließt von der Konduktorkugel auf das Elektroskop. Gleichmäßi- ge Verteilung über die gemeinsame Oberfläche. Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, schlägt der bewegliche Zeiger aus. Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, schlägt der bewegliche Zeiger aus. Mit dem Elektroskop kann man ruhende Ladungen nachweisen und vergleichen Satz: Mit dem Elektroskop kann man ruhende Ladungen nachweisen und vergleichen Ladungsnachweis


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