Wechselwirkungen und Felder Lernziele: Die grundlegenden Wechselwirkungen der Physik und die daraus resultierenden Kräfte kennen und mit Bereichen aus dem Alltag und der Technik in Verbindung bringen können. Die elementaren Eigenschaften der elektischen Ladung kennen und Auswirkungen quantifi-zieren können.

Historische Entwicklung Issac Newton (1643 - 1727) Gravitationsgesetz Daniel Bernoulli (1700 - 1782) Leonhard Euler (1707 - 1783) Geschwindigkeitsfeld, Beschleunigungsfeld in der Hydrodynamik

Historische Entwicklung Charles A. Coulomb (1736 - 1806) Elektrostatik, Magnetostatik Andre Ampere (1775 - 1836) Kraft zwischen Strömen Simeon Poisson (1781 - 1836) Potentialtheorie

Historische Entwicklung Hans Chr. Oerstedt (1777 - 1851) bewegte elektrische Ladungen erzeugen ein Magentfeld Michael Faraday (1791 - 1867) Elektromagnetische Induktion James C. Maxwell (1831 - 1879) Vollständige Beschreibung elektromagneti- scher Vorgänge ("Maxwell-Gleichungen)"

Vier Wechselwirkungen Starke Wechselwirkung (Kernteilchen) Elektromagnetische Wechselwirkung (Ladung) Schwache Wechselwirkung (Elementarteilchen) Gravitations-Wechselwirkung (Masse)

Starke Wechselwirkung Quelle des Feldes: Protonen, Neutronen, Pionen, Hyperonen Kraft: Kernkraft Stärke: 1 Reichweite: klein

Elektromagnetische WW Quelle des Feldes: alles, was elektrische Ladungen enthält Kraft: Elektrische Kraft, Magnetische Kraft Stärke: 1/100 Reichweite: gross

Schwache Wechselwirkung Quelle des Feldes: alle Elementarteilchen Kraft: Schwache Wechselwirkungskraft Stärke: 1/1015 Reichweite: klein

Gravitations-WW Quelle des Feldes: alle schweren Massen Kraft: Schwerkraft Stärke: 1/1038 Reichweite: unbegrenzt gross

Felder

Der allgemeine Feldbegriff Wird jedem Punkt eines Raumes eine physikalische Grösse mit einem bestimmten Betrag zugeordnet, so heisst dieser Raum ein Feld.

Feldarten Statisches Feld - Wechselfeld Skalarfeld - Vektorfeld Quellenfeld - Wirbelfeld Homogenes Feld - Inhomogenes Feld

Elektrostatik Elektrizität durch Reibung Das Elektroskop Die zwei Arten der Ladung Anziehung und Abstossung Laden und Entladen Ladungsspeicher

Das elektrische Feld Feldlinienbilder Elektrischer Fluss und Feldstärke Wie könnte ein elektrisches Feld vermessen werden (Form, Stärke) Warum können sich Feldlinien nicht schneiden?

2 positive Punktladungen

Positive und negative Punktladungen

4 positive Punktladungen

Platte und Spitze

Feldfluss und Feldstärke

Elektrisches Feld Quellenfeld Ladung Q proportional zum elektrischen Fluss E . Es gilt: Q = 0 E Feldlinien senkrecht zur Oberfläche elektrischer Leiter. Im Inneren eines Leiters kein Feld Geschlossene Leiterhülle schirmt Innenraum ab Feldstärkevektor

Das Coulombsche Gesetz Experiment: Drehwaage:

Coulombsches Gesetz

Coulombsches Gesetz F > 0 Abstossung F < 0 Anziehung