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Die elektrische Feldstärke
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Inhalt
• Die elektrische Feldstärke– Definition– Feldlinien
• Die magnetische Feldstärke– Definition– Lorentzkraft– Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen
Leiter
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Formel Einheit Anmerkung
Elektrische Feldstärke:Quotient aus der Kraft auf eine elektrische Ladung und dem Betrag der Ladung
Die Richtung der elektrischen Feldstärke ist definiert als Richtung der Kraft auf eine positive Ladung
C
N 1
q
rFrE
)()(
Die elektrische Feldstärke
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Die Feldstärke ist eine Eigenschaft des Orts, ihre Ursache muss nicht bekannt sein
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Q
Beispiel: Ladung q „im elektrischen Feld“ einer mit Q geladenen Platte
q
q
FE
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Q
Die Ladungsverteilung – Ursache für die Feldstärke –kann unbekannt sein
Beispiel: Ladung q „im elektrischen Feld“
q
q
FE
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Feldlinien, Feldstärke
Feldlinien zeigen die Richtung der Kraft auf eine Ladung q, hohe Dichte der Linien zeigt hohen Betrag der Kraft ( Q Ladung auf der Platte)
q
q
FE
Q
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• Versuch: Feldlinienbilder für Ladungsverteilungen:– Zwei gleichgeladene Punktladungen– Zwei entgegengesetzt geladene
Punktladungen– Zwei große Platten: „Plattenkondensator“
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Statische elektrische Feldstärke
• Ursache: Anordnung von Ladungen• Durch die Wahl der Ladungsverteilung im
dreidimensionalen Raum können unterschiedliche Feldverteilungen realisiert werden
• Die elektrischen Feldstärken in der Umgebung von Molekülen steuern - auf atomarer Skala - die Anlagerung von weiteren Baugruppen bei– Strukturbildung in der organischen und anorganischen
Natur • Z. B. beim Protein-Aufbau im Ribosom
– Signalübertragung über Transmitter in den Membranen der Nerven und Muskelfasern, Ladungs-gesteuertes Öffnen und Schließen der Kanäle
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Vergleich mit der Feldstärke im Gravitationsfeld
Gravitationsfeldstärke: analog zur elektrischen Feldstärke, Quotient
• Zähler: Gravitations-Kraft F [N] auf einen Probekörper• Nenner: Eigenschaft des Probekörpers, an der die Kraft
angreift, die Masse [kg]Eg = F/m [N/kg]
Der Begriff „Gravitations Feldstärke“ ist im „täglichen Leben“ wenig gebräuchlich, denn– Eg = F/m = g [m/s2 ] ist praktisch überall konstant – Die Richtung zeigt immer „nach unten“, zur Erdmitte hin
• Grund: Die riesige Erdmasse dominiert die Schwerkraft, der Einfluss weiterer Massen ist oft vernachlässigbar, aber vorhanden, z. B. die Masse des Mondes verursacht die Gezeiten – Die Suche nach den Ursachen für die Variation des
Gravitationsfeldes ist ein Forschungsgebiet der Geophysik
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Feldlinien, Feldstärken elektrisch und bei Gravitation
Betrag und Richtung der Kraft variabel Betrag und Richtung der Kraft überall gleich
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Ursachen der Feldstärken
• Elektrisch: – Statische Anordnung von Ladungen– Zeitliche Änderung von Magnetfeldern
• Magnetisch:– Bewegte Ladungen– Zeitliche Änderung von elektrischen Feldern
Thema der Elektrostatik
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Ursachen der Feldstärken
• Elektrisch: – Statische Anordnung von Ladungen– Zeitliche Änderung von Magnetfeldern
• Magnetisch:– Bewegte Ladungen– Zeitliche Änderung von elektrischen Feldern
Thema der Elektrodynamik
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Zusammenfassung
• An einem Ort mit elektrischer Feldstärke wirkt auf eine Ladung eine Kraft
Die Feldstärke ist ein Quotient • Zähler: Coulomb-Kraft F [N] auf einen Probekörper der
Ladung q• Nenner: Eigenschaft des Probekörpers, an der die Kraft
angreift, die Ladung q [C]E = F/q [N/C]
• Die elektrische Feldstärke ist eine vektorielle Größe mit der Richtung des Kraft-Vektors
• Ursachen elektrischer Feldstärke:– Materiell: Statisch im Raum angeordnete Ladungen– Ohne Materie: Sich zeitlich ändernde magnetische Felder
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finis
Betrag und Richtung der Kraft variabel Betrag und Richtung der Kraft überall gleich