Elektrische Ladungen und Felder

Ladungen und Felder

Das Kapitel Elektrische Ladungen und Felder in unserem Online-Kurs Ladungen und Felder besteht aus folgenden Inhalten:

1. Elektrische Ladungen und Felder

   Elektrische Ladungen und Felder

   

   Dabei konzentrieren wir uns auf sogenannte Kraftfelder, zu denen elektrische Felder gehören. Dazu kann man folgende Definition angeben:Ein Kraftfeld lässt sich durch eine Größe (Vektor) in Abhängigkeit von Raum und Zeit beschreiben, die man als Feldstärke bezeichnet. Jenes Kraftfeld führt dann dazu, dass ein entsprechender Probekörper im Raum eine Kraft verspürt.Die zum elektrischen Feld gehörige elektrische Feldstärke wird per Konvention mit ...

2. Elektrische Feldkonfigurationen

   Elektrische Ladungen und Felder > Elektrische Feldkonfigurationen

   

   Da das elektrische Feld durch einen Vektor $\vec{E}$ beschrieben wird, hat es bekanntlich sowohl einen Betrag als auch eine Richtung. Zwei besonders relevante Feldkonfigurationen wollen wir in den folgenden Abschnitten betrachten; es handelt sich um das radialsymmetrische und das homogene elektrische Feld. Aufgrund des vektoriellen Charakters der Feldgröße lassen sich Feldlinienbilder skizzieren, die einen Eindruck vom Verlauf des Feldes vermitteln.Durch diese Betrachtung lässt sich ...

3. Radialsymmetrisches Feld

   Elektrische Ladungen und Felder > Elektrische Feldkonfigurationen > Radialsymmetrisches Feld

   

   Der französische Physiker Coulomb stellte fest, dass es eine besondere Beziehung zwischen der aufeinander wirkenden Kraft $F$ zweier punktförmiger Ladungen $q$ und $Q$ und ihrem Abstand $r$ gibt.Coulombsches Gesetz:Der Betrag der Kraft $\vec{F}$ zwischen zwei punktförmigen Ladungen $q$ und $Q$ ist dem Produkt der Ladungen direkt und dem Quadrat ihres Abstandes $r$ umgekehrt proportional. In Formeln bedeutet dies:$F=\frac{Qq}{4\pi\epsilon r^2}$Der Faktor $\frac{1}{4\pi\epsilon}$ ist ...

4. Homogenes Feld

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   Kommen wir nun zu dem homogenen elektrischen Feld, welches eine noch einfachere Konfiguration als das radialsymmetrische Feld besitzt.Es wird sich zeigen, dass das homogene elektrische Feld in allen Punkten des Raumes eine konstante Richtung und einen konstanten Betrag besitzt. Es ist somit das einfachste denkbare elektrische Feld. Es stellt sich die Frage: Wie lässt sich das homogene elektrische Feld im Experiment realisieren?Betrachten wir dazu zwei hinreichend große entgegengesetzt ...

5. Arbeit im elektrischen Feld

   Elektrische Ladungen und Felder > Arbeit im elektrischen Feld

   

   Beginnen wir mit einer allgemeinen Definition des Begriffs Energie. Man entsinne sich zum Beispiel der Definition der Energie im Bereich der klassischen Mechanik, wie er im Physikunterricht behandelt wurde.Die Energie eines physikalischen Systems beschreibt seine Fähigkeit Arbeit zu verrichten. Oder verkürzt: Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten. Die Einheit, in der Energie/Arbeit gemessen werden, ist Joule ($J$). Dabei gilt folgende Umrechnung:$1 J=1\ Nm= 1\ kg\ m^2 s^{-2}$Im ...

6. Eigenschaften des elektrischen Feldes

   Elektrische Ladungen und Felder > Eigenschaften des elektrischen Feldes

   

   Nach der Darstellung einiger Feldkonfigurationen ist es nun möglich, einige allgemeine Eigenschaften von elektrischen Feldern zu konstatieren.Die elektrische Kraft $\vec{F}$ wirkt aufgrund des Kraftgesetzes $\vec{F}=q\vec{E}$ stets parallel oder antiparallel zur Feldrichtung von $\vec{E}$, abhängig davon ob die Ladung $q$ positiv oder negativ ist.Aufgrund der Existenz von positiven und negativen Ladungen, die als Ursache elektrischer Felder zu verstehen sind, besitzen elektrische Felder ...