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Elektrisches Potential, Spannung, Energie und Leistung Spannung über Kondensator, Spule, ohmschem Widerstand Der Leitwert.

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Präsentation zum Thema: "Elektrisches Potential, Spannung, Energie und Leistung Spannung über Kondensator, Spule, ohmschem Widerstand Der Leitwert."—  Präsentation transkript:

1 Elektrisches Potential, Spannung, Energie und Leistung Spannung über Kondensator, Spule, ohmschem Widerstand Der Leitwert

2 Inhalt Elektrische Spannung: eine Potentialdifferenz Energie im konservativen Feld (Elektrisches Feld und Gravitationsfeld) Elektrische Spannung, Leistung und Energie

3 Elektrisches Potential Joule 1 φ 1 =0,8 J/q φ 2 = -0,2 J/q Probe- ladung q Bezugs -punkt Arbeit beim Verschieben der Ladung

4 Φ n = W / q 1 J/C 1 V Potential am Punkt n W1 J Arbeit zur Verschiebung der Ladung q zum Punkt n von einem Bezugspunkt aus q1 Cbewegte Ladung Elektrisches Potential eines Punktes Das elektrische Potential eines Punktes (n) ist ein Quotient: im Zähler steht die Arbeit, die einen positiv geladenen Probekörper von einem Bezugspunkt aus zum Punkt n verschiebt, im Nenner die Ladung des Probekörpers Analog: Eine Höhenangabe eines Ortes (n) ist ein Quotient: Im Zähler steht die Arbeit, die einen Probekörper von Meereshöhe zum Punkt n verschiebt, im Nenner die Gewichtskraft m·g des Probekörpers

5 Elektrische Spannung und Potentiale φ 1 =0,8 J/q φ 2 = -0,2 J/q Spannung U = 1 V Die elektrische Spannung ist eine Potentialdifferenz. Ihr Vorzeichen ist positiv, wenn zum Verschieben einer positiven Ladung von m zu n Arbeit zugeführt wird

6 U = W / q 1 J/C 1 V Spannung zwischen zwei Punkten W1 J Arbeit zur Verschiebung der Ladung von einem Messpunkt zum zweiten q1 Cbewegte Ladung Elektrische Spannung zwischen zwei Punkten Die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten ist ein Quotient, Zähler: Arbeit, um einen positiv geladenen Probekörper von einem Punkt zum anderen zu verschieben, Nenner: Ladung des Probekörpers

7 P = U · I1 W Die Elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke U1 VSpannung I1 AStromstärke W = P · t1 JEnergie Elektrische Spannung, Leistung und Energie Die elektrische Spannung ist so wichtig, weil ihr Produkt mit der Stromstärke unmittelbar die Leistung anzeigt 1 kWh = 3,6 ·10 6 J

8 Spannung, Einheit Volt Der Ohmschen Widerstand wandelt die elektrische Energie in Wärme um Strom, Einheit Ampère Arbeit (J) 1 0 Leistung, Spannung, Strom und Energie über einem ohmschen Widerstand 2 Leistung P = U·I, etwa 5 W in der Animation Am Ohmschen Widerstand gilt U = R · I Widerstand R = 20 Ω

9 InduktivKapazitivOhmsch Spannungen über Spule, Widerstand und Kondensator in Abhängigkeit von Ladung, Strom und seiner Änderung U(t) (Nur) im Ohmschen Widerstand wird elektrische Energie in Wärme verwandelt

10 Kapazität und geometrische Eigenschaften KenngrößeEinheitBezeichnung 1 F Kapazität eines Plattenkondensator, parallele Platten Fläche A [m 2 ] im Abstand d [m] ε 0 = 8, F/mElektrische Feldkonstante In Nervenfasern beeinflusst die Membrankapazität die Reizleitungsgeschwindigkeit Fläche A Abstand d

11 KenngrößeEinheitBezeichnung 1 Ohmscher Widerstand eines Leiters der Länge l [m] und Fläche A [m 2 ] 1 S Leitwert, Kehrwert des ohmschen Widerstandes, Einheit Siemens ρ 1 mSpezifischer Widerstand Widerstand, Leitwert und geometrische Eigenschaften Im medizinischen Kontext ist die Angabe des Leitwerts gebräuchlich Fläche A Länge l

12 KenngrößeEinheitBezeichnung 1 H Induktivität einer langen Spule der Länge l Spule [m], Fläche A [m 2 ], Windungszahl N μ 0 = 4·π· H/mMagnetische Feldkonstante Induktivität und geometrische Eigenschaften Aufgrund der Ionenleitung ändern sich Ströme in organischen Systemen relativ langsam, deshalb kann die Induktivität, z.B. der Zellmembran, oft vernachlässigt werden Fläche A Länge l Spule Windungszahl N=4

13 Zusammenfassung In konservativen Feldern ist die Arbeit zur Verschiebung eines Körpers zwischen zwei Punkten unabhängig vom Weg –Bei Verschiebung auf geschlossenen Wegen ist daher die Arbeit Null Der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten ist die elektrische Spannung: U = φ 2 – φ 1 [V] Die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten ist ein Quotient, U = W / q [V] –Zähler: Arbeit W, um einen positiv geladenen Probekörper von einem Punkt zum anderen zu verschieben, –Nenner: Ladung q des Probekörpers Ohmsches Gesetz: U = R · I [V] –Widerstand R [Ώ], I Strom [A] –Leitwert G = 1/R [S]

14 Finis 1 Q: Perpetuum mobile im Feld statisch geladener Platten ? Feldfreier Raum Geschlossener Weg Feld im Kondensator

15 Finis 2 A: - Gibt es nicht - Streufeld Geschlossener Weg Feld im Kondensator Im Gravitations- und elektrischen Feld ist die Arbeit auf geschlossenen Wegen Null


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