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Arbeit, Energie, elektrisches Potential, elektrische Spannung

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Präsentation zum Thema: "Arbeit, Energie, elektrisches Potential, elektrische Spannung"—  Präsentation transkript:

1 Arbeit, Energie, elektrisches Potential, elektrische Spannung

2 Inhalt Begriffe: Arbeit, Energie Der Energie-Erhaltungssatz
Energie Austausch zwischen Systemen Elektrisches Potential, elektrische Spannung Energie im konservativen Feld (Elektrisches Feld und Gravitationsfeld) Energie im Wirbelfeld

3 Arbeit und Energie Die Energie eines Systems ist ein Maß für die an ihm zu- bzw. abgeführten Arbeit Äquivalente Begriffe des „täglichen Lebens“: Energie verhält sich zu Arbeit wie Kontostand zu Kontobewegungen Beachte: Stabile Währung Kontostand immer > 0

4 Arbeit ist Austausch von Energie
Dem System wird Energie zugeführt: Vorzeichen: Plus Vom System wird Energie abgeführt: Vorzeichen: Minus Joule Joule -1 1 -1 1 „System 1“ „System 2“

5 Der Energieerhaltungssatz
Die Gesamtenergie bleibt konstant, Energie kann aber ausgetauscht und umgewandelt werden Systeme, in denen dieser Satz gilt, nennt man „abgeschlossen“

6 „Arbeit ist Kraft mal Weg“
„Wichtigste Formel der Physik“ „Arbeit ist Kraft mal Weg“ SI-Einheit: 1 Nm=1 J (1 Joule)

7 Definition der mechanischen Arbeit
SI Einheit Anmerkung 1 Nm=1 J „1 Joule“ Konstante Kraft in einem Intervall Δs 1 N Kraftvektor 1 m Vektor eines Weg-Intervalls

8 Arbeit im elektrischen Feld

9 Arbeit auf „geschlossenen Wegen“
Das System bestehe aus zwei Komponenten: Zwei große geladene Platten („Kondensator“) und ein kleiner geladener Körper Eine Masse im Gravitationsfeld

10 Arbeit im elektrischen Feld auf einem „geschlossenen Weg“
Joule -1 1 Am Kondensator verrichtete Arbeit:

11 Arbeit mit Kraft als Funktion des Orts
SI Einheit Anmerkung 1 Nm=1 J „1 Joule“ Die Kraft sei Funktion des Orts s 1 N Kraftvektor, Funktion des Orts s

12 Versuch Beschleunigung einer geladenen Kugel zwischen zwei Platten und Austritt in den „feldfreien“ Raum

13 „Konservative“ Felder
Ein Feld, in dem auf geschlossenen Wegen die Summe der Arbeiten Null ist, wird als „konservatives Feld“ bezeichnet In konservativen Feldern ist die Arbeit zwischen zwei Punkten vom Weg unabhängig Formale Schreibweise

14 Potential, Spannung In konservativen Feldern kann man jedem Punkt ein „Potential“ zuordnen: Quotient aus der Arbeit, die aufzubringen ist, um mit einem geeigneten Probekörper den Punkt zu erreichen, und der Ladung des Probekörpers Eine Potentialdifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Orten in einem elektrischen Feld nennt man „elektrische Spannung“

15 Potentiale im elektrischen Feld
Platte auf „Erdpotential“

16 Elektrisches Potential eines Punktes
Einheit Anmerkung 1 J/C=1 V „ 1 Volt“ Das Potential ist ein Quotient, Zähler: Arbeit, um eine Ladung von einem vereinbarten Ort an diesen Punkt zu verschieben, Nenner: Betrag der Ladung

17 Die elektrische Spannung
1 0,5 1 J/C=1 V „1 Volt“ Die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten ist ein Quotient, Zähler: Arbeit, um eine Ladung von einem zum anderen Punkt zu verschieben, Nenner: Betrag der Ladung Dem System zugeführte Arbeit an einer positiven Ladung, um sie von einem Punkt zum andern zu verschieben

18 Die elektrische Spannung ist eine Potentialdifferenz
1 J/C=1 V „1 Volt“ Die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten ist die Differenz der Potentiale dieser Punkte

19 Potentiale im elektrischen Feld
1 0,5 U Ladung q Arbeit W Ladung q Spannung U=W/q [V] Die elektrische Feldstärke bringt einige Punkte im Raum auf unterschiedliches Potential: Zwischen ihnen erscheint eine Spannung

20 Potentiale im elektrischen Feld
U Ladung q 1 0,5 Arbeit W Ladung q Spannung U=W/q [V] Die elektrische Feldstärke bringt einige Punkte im Raum auf unterschiedliches Potential: Zwischen ihnen erscheint eine Spannung

21 Bewegung einer Ladung in einem nicht konservativen elektrischen Feld
Elektrische Feldstärke Geschlossener Weg

22 „Perpetuum Mobile“ im Wirbelfeld?
Ein elektrisches Wirbelfeld entsteht nur um ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld Die Energie wird von außen zum Feldaufbau zugeführt

23 Das Wirbelfeld entsteht um ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld
Magnetische Feldstärke Elektrische Feldstärke

24 Zusammenfassung Arbeit ist Kraft mal Weg Arbeit ist Austausch von Energie zwischen zwei Systemen In abgeschlossen Systemen gilt der Energie-Erhaltungssatz Bezüglich der Arbeit auf geschlossenen Wegen unterscheidet man: Konservative Felder: Auf geschlossenen Wegen addieren sich geleistete und gewonnene Arbeiten zu Null Wirbelfeder: Auf diesen Wegen wird bei jedem Umlauf Energie gewonnen oder zugeführt In konservativen Feldern ist die Arbeit zwischen zwei Punkten im Raum vom Weg unabhängig: Jedem Punkt kann sein „Potential“ zugeordnet werden Elektrische Spannung zwischen zwei Punkten: Differenz zwischen den Potentialen dieser Punkte

25 Potentiale im elektrischen Feld
Finis Platte auf „Erdpotential“


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