Elektrisches Feld

Coulombkraft zwischen zwei Ladungen:

Feldladung:

Q ist die sogenannte Feldladung, d.h. sie verändert den ganzen Raum in ihrer Umgebung derart, dass sie von einem elektrischen Feld umgeben ist.

elektrische Feldstärke:

elektrisches Feld (für Probeladung)

Dipol: ein Dipol entsteht bei einer Kombination einer positiven und negativen Ladungen. Bei Testladungen hat dies zur Folge, dass sie sich am elektrischen Feld ausrichten. Bei Feldladungen wird dadurch das elektrische Feld und damit die Feldlinien beeinflusst.

Wichtig: in der Chemie zeigen Dipolmomente von der positiven zur negativen Ladung.

Plattenkondensator

homogenes elektrisches Feld:

Dieser Plattenkondensator mit einer positiven Testladung entspricht den gleichen Gesetzen der Schwerkraft. Um eine positive Ladung nach oben zu bewegen muss die gegensätzliche Kraft aufgewendet werden. Die Ladung besitzt ebenfalls eine potentielle Energie. Die Arbeit wird pro Ladung also in Volt gemessen.

Spannung

Arbeit zwischen zwei Potentialen

Elektrisches Potential (unabhängig von q)

van De Graff Generator. Mittels Reibungselektrizität werden Teilladungen nach oben befördert.

Die elektrische Spannung wird als Potentialdifferenz definiert. (Wie bei Hydrodynamik Druck oder Erdanziehungskraft oder Stromfluss)

Kelvin Generator: Die Wasserstrahlen fliessen nach unten und sind leicht geladen. Dies führt dazu, dass z.B. auf der rechten Seite nur die positiven Ladungen über den Metallleiter transportiert werden umgekehrt. Dadurch entsteht eine Spannung zwischen den Gefässen.

Arbeit um von Platte 1 zu 2

Spannung zwischen Platte 1 und 2

Kapazität des Kondensators (proportional zur Ladung).

Q = Ladung, C = Kapazität, U = Spannung

Man kann sich das ganze wie eine 3D Landschaft vorstellen, wobei die Aequipotentialflächen die Höhenlinien darstellen.

In einer Röntgenröhre geschieht etwas ähnliches wie bei einem Kondensator. Durch die Erhitzung eines Metalls werden Elektronen freigesetzt welche zur Anode durch ein Vakuum angezogen werden. Dies beschreibt auch ein Potential zwischen zwei Ladungen.

potentielle Energie wird zu kinetischer Energie

kinetische Energie beim Aufprall auf Anode

Ladungen befinden sich bei Metallen nur auf der Oberfläche, da sich diese im Innern ausgleichen und bei übermässigen Elektronen abstossen. Deshalb sind Blitzableiter auch spitz, da sich dort pro Fläche sehr viel Ladung befindet und somit eine grosse Feldstärke erzeugt.

Plattenkondensator als Dielektrikum

Kapazität mit Dielektrikum C‘ > C

Gleichströme

Schwingungen werden zum einen mit der Wellenlänge (T) und der Frequenz (1/T, Hz) angegeben. Weiter wichtig ist die Amplitude. Schwingungen können aus einer oder zwei Frequenzen bestehen, wobei sich diese überlagern. Ein weiteres Phänomen im Bezug auf Schwingungen ist die Resonanz. Diese wird zum Beispiel bei einer Brücke beobachtet, bei der die äusseren Kräfte im Resonanzbereich liegen und so die Schwingung extrem verstärken. Ein weiteres Anwendungsfeld von Resonanz ist in der MRT-Technologie zu sehen. Dabei nutzt man die Resonanz von Protonen-Spins. Diese werden in einem bestimmten Bereich (Larmor-Frequenz) angeregt und ändern ihren Spin. Diese Larmor-Frequenz ist abhängig vom zusätzlichen Magnetfeld. Dies ermöglicht die Lokalisierung von Wasserstoffdichten und über drei Ebenen eine Bildgebung. Mittels einer longitudinalen Änderung des Magnetfeldes ist auch eine räumliche Zuordnung möglich.