Positive und negative Ladungen, Einheit: Coulomb (C)
Elektrische Kraft zwischen Ladungen, äquivalent zur Gravitationskraft
Gravitationskraft nur attraktiv, elektrische Kraft kann attraktiv und abstoßend sein
4 Grundkräfte in der Physik: Gravitationsgesetz, Elektromagnetische Wechselwirkungen, Schwache und Starke Kernkraft
Feldstärke des Gravitationsfeldes wird als Gravitationsfeldstärke oder Erdbeschleunigung bezeichnet
Gravitationskraft zwischen Erde und Objekt wird schwächer mit zunehmendem Abstand
Die Gravitationsfeldstärke oder Erdbeschleunigung ist unabhängig von der Masse des Körpers, der sich im Gravitationsfeld befindet
Das elektrische Feld ordnet jedem Punkt im Raum einen Vektor für Richtung und Betrag der elektrischenFeldstärke zu
Elektrische Feldlinien:
Zeigen von positiven Ladungen weg und zu negativenhin
Stehen senkrecht auf den Ladungsoberflächen
Die Anzahl der Feldlinien ist proportional zur Größe der Ladung
Änderungen eines Felds breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit c aus
Die elektrische Feldstärke ist die Fähigkeit eines elektrischen Feldes, eine Kraft auf Ladungen auszuüben
Eine Ladung in einem elektrischen Feld hat eine potentielle Energie
Ein Gravitationsfeld hat die Fähigkeit eine Kraft auf eine Masse auszuüben
Eine Masse in einem Gravitationsfeld hat eine potentielle Energie
Die Spannung U gibt an, wie viel potentielle Energie pro Ladung verfügbar ist
Einheit von Spannung U: J/C oder V (Volt)
Die elektrische Spannung beschreibt einen Potenzialunterschied zwischen zwei elektrischen Kontakten
Einheit von Spannung (U): Joule (J) durch Coulomb (C)
Elektrische Spannung wird in Volt (V) ausgedrückt
Die elektrische Feldenergie ist die Energie, die benötigt wird, um eine Ladung in einem elektrischen Feld zu verschieben
Einheiten: [W] = [Q] · [U] = J
Die potentielle Energie einer Ladung ändert sich, wenn sie eine Potentialdifferenz oder eine Spannung durchläuft
Ein Elektronenvolt ist die Energie, die ein Elektron beim Durchlaufen einer Spannung von 1 V gewinnt oder abgibt
1 eV = 1,602 · 10^-19 J
Wird in der Atom-, Kern- und Teilchenphysik häufig benutzt
Influenz bezeichnet die räumliche Verschiebung elektrischer Ladungen durch die Einwirkung eines elektrischen Feldes
Ein Faraday-Käfig funktioniert, weil ein externes elektrisches Feld die elektrischen Ladungen im leitenden Material des Käfigs so verteilt, dass sie die Wirkung des Feldes im Inneren des Käfigs aufheben
Stromleitung in Flüssigkeiten und Gasen:
Geladene Atome oder Moleküle übernehmen den Ladungstransport in Flüssigkeiten
Stromtransport = Materialtransport
Stromleitung in Flüssigkeiten hängt von Konzentration und Beweglichkeit der Ionen ab
Beweglichkeit in Flüssigkeiten ca. 10^4 mal geringer als in Metallen
Technische Stromrichtung: vom positiven zum negativen Pol
Reale / physikalische Stromrichtung: Bewegung der Ladungsträger
Bei Elektronen sind physikalische und technische Stromrichtung entgegengesetzt
Elektrolyse und Akkus:
Elektrolyse wandelt elektrische in chemische Energie um
Batterien wandeln chemische Energie in elektrischen Strom um
Magnetismus:
Zwei Arten von Magneten: Permanentmagnet und Elektromagnet
Gravitationsgesetz:
Wechselwirkungen zwischen Massen
Elektromagnetische Wechselwirkung:
Wechselwirkungen zwischen Ladungen
Wechselwirkungen zwischen magnetischen Dipolen
Wechselwirkungen zwischen einem Magnetfeld und sich bewegenden Ladungen
Ein Magnet ist immer ein magnetischer Dipol
Ein magnetischer Dipol besteht immer aus einem Nordpol und einem Südpol
Jeder magnetische Dipol generiert ein magnetisches Feld mit der magnetischen Flussdichte B
Die meisten biologischen Materialien sind schwach diamagnetisch
Magnetismus in Materie:
Ferromagnetismus: z.B. Eisen, Kobalt und Nickel
Paramagnetismus: z.B. Aluminium, Sauerstoff und Natrium
Diamagnetismus: z.B. Wasser, Edelgase, Wasserstoff und Stickstoff
Ein externes Magnetfeld auf ein magnetisches Dipolmoment ein Drehmoment aus, das ihn parallel zu den Feldlinien ausrichtet
Die Abhängigkeit vom Winkel α zwischen dem magnetischen Dipolmoment μ und dem Magnetfeld B sorgt dafür, dass das Drehmoment M immer kleiner wird, je besser ein Magnet nach den Feldlinien ausgerichtet ist
Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters:
Bewegte Ladungen erzeugen magnetische Kraftfelder
Richtung der technischen Stromrichtung und Magnetfeld
Magnetische Permeabilität:
Bestimmt die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder
Materialien werden klassifiziert nach Diamagnetismus, Paramagnetismus und Ferromagnetismus
Ein stromdurchflossener Leiter ist von einem kreisförmigen Magnetfeld umgeben
Bewegte Ladungen erzeugen magnetische Kraftfelder
Magnetfeld einer stromführenden Spule:
Die Spule bildet das Äquivalent zu einem Stabmagneten
Richtung der technischen Stromstärke und des Magnetfeldes
Das Magnetfeld in einem stromdurchflossenen geraden Leiter hängt von Abstand, Stromstärke und magnetischer Feldkonstante ab
Die Lorentzkraft:
Kraft eines elektrischen Feldes auf eine Ladung q
Kraft eines magnetischen Feldes auf eine bewegte Ladung q
Die magnetische Permeabilität μ bestimmt die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder
Die Lorentzkraft:
Die Lorentzkraft entsteht aus der elektrischen und magnetischen Kraft auf ein geladenes Teilchen
Die magnetische Kraft ändert nicht die Geschwindigkeit, sondern nur die Richtung der Ladung
Materialien lassen sich anhand der Permeabilitätszahl klassifizieren: