physik für lehramt -...
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22b Elektrostatik
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Fundamentale Eigenschaften
Ladungserhaltungin einem isolierten System bleibt die Anzahl der Ladungen erhalten
EnergieerhaltungImpulserhaltung
Drehimpulserhaltung...
anders ausgedrücktLadungen werden nicht erzeugt, sondern es kommt nur zu einer Trennung von Ladungen unterschiedlicher Polarität
Betazerfall eines Atomkerns
Zerfall eines Photons (neutral) in ein Elektron (q-, negativ)
und ein Positron (q+, positiv) (positiv geladenes Elektron)
umgekehrter Prozess auch möglich
Erhaltungssätze in der klassischen Mechanik
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Fundamentale Eigenschaften
Quantisierung der LadungElektrische Ladungen treten nur in ganzzahligen
Einheiten einer fundamentalen Größe auf
Robert Millikan(1868-1953)
Zahlganze:NNeq =
ee−
+:Elektron
,:Proton
Der Wert der positiven Ladungen entspricht genau dem wert der negativen LadungEs gibt fundamentale Teilchen (Elementarteilchen), die ladungsneutral sind
Beispiel: Neutron und Photon (Lichtteilchen)
Seit einigen Jahren wissen wirProton ist aufgebaut aus kleineren Einheiten (Quarks)
Quarks tragen Bruchteile der ElementarladungZustand nur stabil bei geringen Abständen
z.B. innerhalb eines Atomkerns
Erhaltung der Ladung in der
Elektron-PositronPaarerzeugung
B-Feld
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Klassifizierung
Elektrische Leiter sind Materialien, in denen sich einige der Elektronen verschieben lassen. Sie sind nicht an Atome gebunden und können sich im Leiter frei bewegen.
Elektrische Isolatoren sind Materialien, in denen alle Elektronen an Atome gebunden sind und sich nicht frei bewegen können.
Kupfer
Aluminium
Gold
Holz
Gummi
Wolle
Halbleiter sind eine dritte Klasse von Materialien, mit Eigenschaften zwischen denen von elektrischen Isolatoren und Leitern
Silizium
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Aufladung durch Kontakt
gleiche Ladungen stoßen sich ab
Instrument zum Nachweis elektrischer LadungElektroskop
positiv oder negativ geladener Stab
isolierter Bereich um Entladung durch feuchte Luft zu verhindern
Bemerkenswert!Die Kräfte sind so hoch, dass sich die Lamellen entgegen der Gravitation bewegen
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Aufladung durch AnnäherungLadungsverschiebung in Metallen durch ein äußeres elektrisches Feld
Neutrale Metallkugel mit gleicher Anzahl positiver und negativer Ladung
Umverteilung der Ladungen durch negativ
geladenen Glasstab
Durch Erdung können negative
Ladungen abfließen
Wenn der negative Glasstab entfernt wird verteilen sich alle Ladungen gleichmäßig. Da weniger negative Ladungen vorhanden
ist die Kugel positiv aufgeladen.
AB
C
D
E
äußeres elektrisches Feld
Wenn die Erdung unterbrochen wird, sind die positiven Ladungen
in der Kugel gleich verteilt
Influenz
Gibt es Beispiele in der Natur für natürliche Ladungstrennung?
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Mikroskopische LadungsverteilungLadungstrennung ohne äußeres elektrisches Feld
Ladungen nicht gleichmäßig über das Molekül verteiltStatisches elektrisches Dipolmoment
Diese Asymmetrie besteht auch ohne das ein elektrische Feld vorhanden ist!
+
+
- -
Durch ein elektrisches Feld richten sich die Moleküle ausAblenkung eines Wasserstrahls in Anwesenheit eines elektrischstatisch aufgeladenen Stabes
Wassermolekül
polare Moleküle
HCN
HCN