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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 System 1System 2 Dem System wird Energie zugeführt: Vorzeichen: Plus Vom System wird Energie abgeführt: Vorzeichen: Minus Joule 1 Joule 1

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 SI-Einheit: 1 Nm=1 J (1 Joule) Wichtigste Formel der Physik

7 Definition der mechanischen Arbeit SI EinheitAnmerkung 1 Nm=1 J 1 Joule Konstante Kraft in einem Intervall Δs 1 NKraftvektor 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 1 Joule Am Kondensator verrichtete Arbeit:

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

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 EinheitAnmerkung 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 Elektrisches Potential eines Punktes

17 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 Die elektrische Spannung Dem System zugeführte Arbeit an einer positiven Ladung, um sie von einem Punkt zum andern zu verschieben 1 0,5 0 U

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

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

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

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 Platte auf Erdpotential Finis


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