Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V3 11.5.2007
1Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien I
Feld zwischen zwei Punktladungen (pos. und neg.)
+ -
+ - + -
Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richtensie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).
Schematische Darstellung der el. Feldlinien zwischenzwei gleichgroßen, entgegengesetzten Ladungen
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+ - + -
Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richtensie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).
-+
+ - + -
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien II (Feld einer Punktladung)
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Grieskörner schwimmen in Rhizinusöl. Weil sie kleine Dipole werden, richtensie sich entlang der Feldlinien aus (Die Spannung zwischen + und – beträgt hier 10000V).
Kein el. Feld im Inneren des Rings = Faradayscher Käfig
+ -Kein Feld in Innerendes Metallrings!Der Ring wirkt als Faraday-Käfig und schirmtdas elektrische Feld ab.
+ -+ -
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien III (Faraday Käfig)
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+ -
Zwischen zwei Platten herrscht einhomogenes elektrisches Feld.(d.h. Feld ist zwischen den Platten überall gleich stark und hat die gleiche Richtung).
Im Randbereich ist das elektrische Feld inhomogen
Wiederholung: Elektrisches Feld und Feldlinien IV (Plattenkondensator)
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Potenzielle Energie und Arbeit im elektrischen Feld
Wichtig: Die Arbeit die nötig ist um q von A nach B zu bringen, hängt nicht vom
gewählten Weg ab!
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Potenzialdifferenz = Spannung(immer zwischen zwei Punkten!)
Die Spannung zwischen zwei Punkten wird aus der Arbeit berechnet die nötig ist, um eine Testladung q von einem zum anderen Punkt zu bringen.
Einheit der Spannung (Potentialdifferenz):
Oft wählt man irgendeinen Punkt als Nullpunkt (Referenzpunkt).Die Spannung relativ zu diesem Punkt nennt man Potenzial Φ.
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7Beispiel: Plattenkondensator (homogenes elektrisches Feld zwischen den Platten)
+ -Um ein Elektron von der positiven Platte auf die negative Platte zu bringen benötigt man die Arbeit:
Die Feldstärke zwischen den Platten ist
Die Kraft auf das Elektron istU = 1000V
d = 10 cm
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Kondensator und Kapazität
Kapazität C:
Kondensator:
d
U
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Kondensatoren Kondensatorschaden!
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Versuch: Änderung des Plattenabstands eines Plattenkondensators
Spannung zwischen den Platten 1000V.
Ladung auf den Platten wird gemessen.
Verdoppelt man den Abstand der Platten (dann wird C halbiert) und lässt die Spannung konstant, dann halbiert sich die Ladung (wegen C=Q/U).
Kapazität eines Plattenkondensators:
dAC ⋅= 0ε
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Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum
Die Spannung wird konstant gehalten.Beim Einschieben des Dielektrikums nimmt die Ladung auf den Platten zu.-> Die Kapazität des Kondensators nimmt zu!
Messungder Ladung
Dielektrikum(hier: Plexiglas)
Spannungs-versorgung
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Versuch: Plattenkondensator mit Dielektrikum
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Kondensator mit Dielektrikum
++++++++++
----------
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
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Zusammenfassung:
Kapazität:UQC = Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V
Kapazität eines Plattenkondensators:
dAC ⋅= 0ε
d
U
+Q -Q
Fläche A
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Mit Dielektrikum:
Kapazität:UQC = Einheit 1 Farad, 1 F = 1 C/V
Kapazität eines Plattenkondensators:
dAC ⋅= εε 0
d
U
+Q -Q
Fläche A
ε
Dielektrizitätskonstante ε (Permittivität):
Vakuum 1Luft 1.00059Plexiglas 3.40Glas 5-10Wasser 80
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5.2. Elektrodynamik (bewegte Ladungen)
q v
(Herleitung sh. Lehrbuch)
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Stromwirkungen:
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Versuch: leuchtende Gurke(Wie wirkt Strom auf biologisches/organisches Material?)
http://www.physnet.uni-hamburg.de/ex/html/versuche/elmag/E06_14/e06_14.mpg(Video dazu)
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5.2.2 Elektrischer Widerstand
(manchmal verwendet man auch den Leitwert G = I/U mit Einheit 1 Siemens)
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Strom – Spannungs – Kennlinie
Dargestellt sind Beispiele wie Kennlinien von Objekten aussehen können.Nächstes Mal werden diese Kurven gemessen, dann wird auch der Verlaufgenauer erklärt.
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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:
Bei höherer Temperatur, mehr Stöße am Gitter → größerer Widerstand
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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:
Ge Ge
Ge
Ge
Ge
Sehr stabile Struktur, alle Elektronen werden für Bindungen benötigt,
Bei höherer Temperatur werden Elektronen aus Bindungen gelöst,
Der elektrische Widerstand sinkt bei höherer Temperatur
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Leitungsmechanismen für elektrischen Strom:
Widerstand entsteht durch Viskosität der Flüssigkeit
(Details sh. Faraday Gesetze)