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Elektrische Spannungen über Kondensator, Spule und Widerstand.

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Präsentation zum Thema: "Elektrische Spannungen über Kondensator, Spule und Widerstand."—  Präsentation transkript:

1 Elektrische Spannungen über Kondensator, Spule und Widerstand

2 Inhalt Kraft und elektrische Feldstärke Arbeit und elektrische Spannung Spannungen und ihre Ursachen für –Kondensator –Spule –Widerstand Beantwortet die Frage: Welche Vorgänge sind mit Energie-Transport verbunden?

3 s Verschiebung einer Ladung im elektrischen Feld zwischen geladenen Platten Ladungen (Die vom Helfer auf die Ladung ausgeübte Gegenkraft ist nicht dargestellt) 1 0,5 0 Arbeit (J) Positives Vorzeichen trägt die einer positiven Ladung zugeführte Arbeit W = F ·s [J]

4 s Elektrische Feldlinien, Feldstärke Die das Feld erzeugenden Ladungen müssen nicht bekannt sein – wichtig, wegen der Beweglichkeit der Ladungsträger 1 0,5 0 Arbeit (J) Die Feldstärke E zeigt die Kraft auf eine Ladung q: F = q ·E [N] W = E · q · s [J] Elektrische Feldlinien

5 U Verschiebung einer Ladung gegen die Spannung U 1 0,5 0 Arbeit (J) Die elektrische Spannung U zeigt die Arbeit zum Verschieben einer Ladung q zwischen zwei Punkten : W = q ·U [J] W = q * U [J] Elektrische Feldlinien

6 Kraft und elektrische Feldstärke Einheit E = F / q 1 N/C = 1 V/m Die elektrische Feldstärke ist ein Quotient, Zähler: Kraft F auf eine Ladung q, Nenner: Ladung q Einheit der Feldstärke: 1 Vm Die elektrische Feldstärke ist die Eigenschaft eines Ortes Die elektrische Feldstärke zeigt – als Vektor geschrieben – in Richtung der Kraft

7 Arbeit und Spannung Einheit U = W / q 1 J/C = 1 V Die elektrische Spannung ist ein Quotient, Zähler: Arbeit W zur Überführung einer Ladung q zwischen zwei Punkten, Nenner: Ladung q Einheit der Spannung: 1 Volt Die Arbeit bei Verschieben einer Ladung zwischen zwei Punkten auf Spannung U ist vom Weg der Verschiebung unabhängig! Diese Eigenschaft zeichnet Coulomb- und Gravitations-Felder aus, man bezeichnet Felder mit dieser Eigenschaft als Konservative Felder

8 Fundamentale Bauteile der Elektrizitätslehre Kondensator Spule Ohmscher Widerstand

9 Spannung über den Bauteilen Unter welchen Bedingungen erscheint eine Spannung über diesen Bauteilen? –Mit anderen Worten: Unter welchen Bedingungen ist für den Ladungstransport durch diese Bauteile Arbeit erforderlich?

10 1 0,5 0 Volt Ursache der Spannung (1): Aufladung eines Kondensators Die Spannung ist proportional zur aufgebrachten Ladung 1 0,5 0 Arbeit (J)

11 1 0,5 0 Volt 1 0,5 0 Strom in der Spule, Ampère Ursache der Spannung (2): Aufbau einer Spannung durch Induktion in einer Spule Nur während der Änderung des Stroms – d.h. während des Aufbaus des magnetischen Feldes - wird eine Spannung induziert 1 0,5 0 Arbeit (J) Richtung des Stroms in der Spule Induziertes elektrisches Feld Vom Strom erzeugtes magnetisches Feld

12 1 0,5 0 Volt Am Ohmschen Widerstand wird die Energie in Wärme verwandelt Strom im Widerstand, Ampère 1 0,5 0 Arbeit (J) 0,5 0 Ursache der Spannung (3): Spannung über einem ohmschen Widerstand bei Stromfluss Ohmsches Gesetz : Die Spannung ist proportional zum Strom

13 Elektrische Eigenschaften, Kenngrößen für Kondensator Spule Ohmscher Widerstand

14 1 0,5 0 Volt Spannung am Kondensator bei Aufladung 1 0,5 0 Arbeit (J) 1 Volt Die Ladung erzeugt die Spannung über demKondensator Energie Fluß (nur) bei Feld Auf- und Abbau

15 Ladung und Spannung am Kondensator Wird eine Spannung an einen Kondensator angelegt, dann stellt sich die Ladung so ein, dass die durch sie erzeugte Spannung gleich der angelegten Spannung ist 1Vs Spannung an einem Kondensator mit Kapazität C

16 Kapazität, Einheit KenngrößeEinheitBezeichnung 1 F = 1 C/V Kapazität, Quotient: Ladung durch Spannung, Einheit 1 Farad

17 Geometrische Eigenschaften, Kenngrößen für Platten-Kondensator Lange Spule Ohmschen Widerstand, homogen mit Länge l und Querschnitt A

18 Kapazität und geometrische Eigenschaften KenngrößeEinheitBezeichnung 1 F Kapazität eines Plattenkondensator, parallele Platten Fläche A im Abstand d

19 1 0,5 0 Volt 1 0,5 0 Strom in der Spule, Ampère 1 0,5 0 Arbeit (J) 1 Volt Die Änderung des Stroms erzeugt die Spannung über der Spule Spannung über der Spule bei Änderung eines Stromes Energie Fluß (nur) bei Feld Auf- und Abbau

20 Strom und Spannung in einer Spule Wird eine Spannung an eine Spule angelegt, dann ändert sich der Strom so, dass die durch ihn induzierte Spannung gleich der angelegten Spannung ist 1Vs Spannung an einer Spule mit Induktivität L Spule

21 Induktivität, Einheit KenngrößeEinheitBezeichnung Induktivität, Quotient: Zähler Spannung, Nenner Strom durch Zeit Einheit 1 Henry

22 KenngrößeEinheitBezeichnung 1 H Induktivität einer langen Spule der Länge l Spule, Fläche A, Windungszahl N Induktivität und geometrische Eigenschaften

23 1 0,5 0 Volt Strom im Widerstand, Ampère 1 0,5 0 Arbeit (J) 0,5 0 Spannung über dem Ohmschen Widerstand bei Stromfluss 1 Volt Der Strom erzeugt die Spannung über dem Widerstand Das Ohmsche Gesetz Energie wird in Wärme verwandelt

24 Strom und Spannung am Ohmschen Widerstand Wird eine Spannung an einen Ohmschen Widerstand angelegt, dann stellt sich der Strom so ein, dass die über dem Widerstand abfallende Spannung gleich der angelegten Spannung ist 1Vs Spannung an einem Kondensator mit Kapazität C Im Ohmschen Widerstand wird elektrische Energie in Wärme verwandelt

25 Ohmscher Widerstand, Einheit KenngrößeEinheitBezeichnung Widerstand Einheit Ein Ohm

26 KenngrößeEinheitBezeichnung 1 Ohmscher Widerstand eines Leiters der Länge l und Fläche A ρ1 mSpezifischer Widerstand Widerstand und geometrische Eigenschaften

27 Zusammenfassung Die drei fundamentalen Bauteile der Elektrizitätslehre sind: Kondensator –Spannung erscheint bei Ladung –U=Q/C –Elektrische Kenngröße: Kapazität C –Bei konstanter Gleichspannung: Isolator Spule –Spannung erscheint bei Änderung des Stroms –U=-L·dI/dt –Elektrische Kenngröße: Induktivität L –Bei konstanter Gleichspannung: Leitung ohne Widerstand (Kurzschluss) Widerstand –Spannung erscheint bei Strom –U=R·I –Elektrische Kenngröße: Widerstand R –Bei konstanter Gleichspannung: Ohmscher Widerstand: U = R·I Spule und Kondensator bauen mit der elektrischen Energie elektrische bzw. magnetische Felder auf –reversibel Im Unterschied zu Spule und Kondensator verwandelt der Ohmsche Widerstand elektrische Energie in Wärme –irreversibel

28 1 0,5 0 Volt finis 1 0,5 0 Volt 1 0, Volt 1 0,5 0


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