Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten SS2000 18. -20 Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten SS2000 18.-20.Vorlesung 2.6./5.6./6.6.2000 Prof. Dr. Alois Putzer

Plan : Nächste Vorlesungen Heute: Elektrizität Danach : Optik Röntgenstrahlung Radioaktivität Nuklearmedizin Elektromagnetische Wellen Tomographie, Laser,......

Elektrostatik Elektrische Kräfte bestimmen den Aufbau der Materie. Positive und negative Ladung Proton (+), Elektron (-) Elektrisch neutraler Zustand : Gleiche Zahl von positiven und negativen Bausteinen. Freie Ladung erhält man durch Trennung von negativen und positiven Ladungsträgern. Elektrostatik : Untersuchung von freien ruhenden Ladungen.

Elektrische Kraft Elektrische Kräfte gehen von Ladungen aus und wirken auf Ladungen. Ladung : 1 C= 1As = 6,242 1018qe (Elektron) qe = 1,602 10-19 C Coulomb Gesetz (1785)

Einheiten der Elektrizität Strom : I : Ampere : A (Grundgröße) Ladung : Q: Coulomb : C = As Spannung : U :Volt : V = Nm/As Leistung : P :Watt : W = VA Energie : W : : Ws = VC = J

Elektrisches Feld(1) Jede elektrische Ladung ist immer von einem elektrischen Feld umgeben. Bringt man eine Probeladung q in ein elektrisches Feld, so wirkt die Coulombkraft auf diese. Damit erhalten wir für das elektrische Feld

Elektrisches Feld (2) Das elektrische Feld einer Punktladung: [E] = N/As = V/m Die Richtung des Feldvektors zeigt in die Richtung in die sich eine positive Probeladung bewegen würde.

Feld einer Punktladung

Feld zweier ungleicher Ladungen

Feld zweier gleicher Ladungen

Elektrisches Feld (3) Richtung der Feldlinien = Richtung des elektri-schen Feldes Dichte der Feldlinien ist proportional zur Stärke des elektrischen Feldes. Elektrische Feldlinien beginnen und enden immer auf Ladungen. Das elektrische Feld steht senkrecht auf einer Leiteroberfläche=> der Innenraum eines geschlossenen Leiters ist feldfrei (und damit ladungsfrei.) Das elektrische Feld läßt sich abschirmen: Faradaykäfig.

Elektrische Spannung(1) Verschiebung einer Ladung im elektrischen Feld erfordert, analog zur Bewegung einer Masse im Gravitationsfeld, die Arbeit W=F s = q E s = q E (r1 - r2) = q U12 Die Größe U nennt man die Potentialdifferenz oder elektrische Spannung zwischen den Punkten 1 und 2. Die Spannung beträgt 1V, wenn zur Ver-schiebung der Ladung 1C die Arbeit 1J erforderlich ist.

Elektrische Spannung(2) Für die Spannung zwischen zwei Metall-platten im Abstand d erhält man U = Ed (E = U/d) Für die Kraft auf die Probeladung q ergibt sich: F=qE = qU/d und für die Beschleunigung im elektri-schen Feld: a=F/m = q/m U/d

Ladungstrennung durch Influenz Bringt man einen ungeladenen metallischen Leiter in ein elektrisches Feld, so werden die leicht beweglichen Ladungsträger (Elektronen) so verschoben, daß im Inneren kein resultierendes elektrisches Feld vorhanden ist.

Influenz

Dielektrikum

Speicherung von Ladungen:Kondensatoren Die Ladungsmenge Q hängt ab von der Spannung U, der Fläche der Platten A dem Abstand zwischen den Platten d Q = C U bzw. C=Q/U (C : Kapazität : Farad [F]

Elektrisches Feld mit Dielektrikum Bei Nichtleitern wird das Feld im Inneren nur geschwächt, da die Ladungen sich nicht bewegen sondern nur ausrichten können.

Kondensator mit Dielektrikum Bringt man ein Dielektrikum zwischen die Kondensatorplatten, so ändert sich die Kapazität des Kondensators.

Elektrische Leitung in Metallen

Drehspulinstrument

Schiebewiderstand

Ohmsches Gesetz : U = R I

Elektrolyse

Galvanische Elemente

Faraday-Gesetz Fließt ein StromI so wird in der Zeit t die Ladungsmenge Q = I t von den Ionen transportiert. Trägt ein Ion die Ladung z e so sind es N = Q/ze Ionen. m(g)=Molmasse/z •Q/F F = e NA = 96485 C/mol n(mol) = Q/z.F

Elektrizitätsleitung im Vakuum

Zählrohr