17.) Elektrizitätslehre 1.: elektrische und bioelektrische Erscheinungen, mikroskopische und makroskopische Ladungen, Wechselwirkung zwischen Ladungen, Elektrische Feldstärke, Feldlinien, Arbeit im elektrischen Feld, elektrisches Potential, Spannung, Äquipotentialflächen. Kondensator, Kapazität, Ene Flashcards Preview

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1

Elektrische Erscheinungen

Ruhepotential, EKG, Ultraschall, Wärmetherapie

Entladung → Blitz

Reibungselektrizität à Elektroskop Versuch Katzenfell

Elektrische Geräte, Fön, EKG

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Ladungen 

→ Eigenschaft einer Materie

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Mikroskopische Ladungen

Elementarteilchen: Proton, Elektron, Neutron

Elementarladung: Ladung Proton / Elektron mit 1,6 * 10-19­C

Ladung von einem mol Elektronen: FARADAY KONSTANTE

 

Grundzustand aller Teilchen:  Nicht geladen gleich viele Elektronen und Protonen

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Makroskopische Ladung

Beschreibt Ladung eines Körpers

Positiv geladen: Elektronenmangel

Negativ geladen: Elektronenüberschuss

Leiter: bewegbare Ladungen charakterisieren diesen Körper

Isolator: unbewegliche Ladungen charakterisieren diesen Körper

Wechselwirkung zwischen den Ladungen

Qualitativ:

Gleichnamige Ladungen  stoßen sich ab

Verschiedene Ladungen ziehen sich an

Coulomb-Kraft beschreibt die Kraft zwischen den Teilchen mit Abstand r

 

GRAPH!

Newton 3: Wirkt Ladung 1 eine Kraft auf Ladung 2. So wirkt Ladung 2 mit derselben Kraft auf Ladung 1 aus.

Allgemein: Wenn mehrere Kräfte auf eine Ladung wirken, so addieren sich die Kräfte als Vektrogrößen.

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Influenz

Ladungsverschiebung

Isolatoren: Innerhalb der Teilchen

Leiter: Elektronenverschiebung

6

Gesetz der Erhaltung der Ladungen

Im abgeschlossenen System bleibt die Gesamtladung gleich

Na = Na++e-

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Elektrische Feldstärke

Gedankenexperiment: Probeladung q erfährt von Q1 und Q2 verschiedenartige Kräfte. Diese werden nun in der Größe und Anordnung verändert. Wir erhalten einen geradlinigen Graph…

Alle Kräfte sind proportional zu q und hängen von der Größe und Anordnung von Q1 und Q2 ab.

Die Elektrische Feldstärke errechnet sich also aus diesem Zusammenhang

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Elektrische Feldlinien

Willkürlich bestimmte Veranschaulichung von der elektrischen Feldstärke

-Gehen immer im rechten Winkel vom Objekt ab

-Geben mit Hilfe ihrer Dichte den Betrag der Feldsträke an

-Gehen vom + Pol zum – Pol

-Geben damit die Richtung der Kraft an

-Die Richtung der Ladungen die durch die Kraft beeinflusst werden

-Können Dipole bilden Achtung → Homogenes Feld im Inneren

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Energie im E-Feld

Energieumwandlung (Arbeit) im elektrischen Feld
Bewegung einer Ladung gegen die Feldstärke:

W = F . s = q . E . s 

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Elektrisches Potential

Voraussetzung: statisches elektrisches Feld

Man kann jedem Punkt in diesem Feld ein gewisses Potential zuordnen. à Potentialfeld

Die Differenz dieser Potentiale = elektrische Spannung

Betrachten wir jetzt also

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Äquipotenzialflächen

Menge der Punkte gleichen Potentials sprich gleiche elektrische Energie weil sie alle auf derselben „Höhe“ liegen.

Daraus resultiert:

1.Stehen senkrecht zu den Feldlinien.

2.Wenn man sich auf diesen Äquipotentialflächen bewegt braucht man keine Arbeit

3.Wenn man sich von der einen auf die andere bewegt braucht man genau die Differenz der beiden Flächen an Arbeit

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Medizinische Anwendung EKG

Elektrokardiogramm: elektrische Aktivitäten der Herzmuskelfasern messen „Herzspannungskurve“

Jede Kontraktion bedeutet eine elektrische Erregung

Die Spannungsänderungen kann man an der Körperoberfläche messen

Vereinfacht: Ein Dipol

Und eine Erdung damit die Ströme wieder aufgefangen werden können

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Kondensator

Bestehend aus zwei Metallplatten von einem Dielektrikum getrennt

Metallplatten haben Valenzelektronen, die verschiebbar sind

Legt man nun eine Spannung an verschieben sich die Teilchen an die Spannungsquelle (wenn +) oder „entnehmen“ der Spannungsquelle negativ geladene Teilchen (wenn i) → Entstehung von geladenen Platten

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Kapazität des Kondensators

Def. Beschreibt die Ladungsspeicherungsfähigkeit und ist abhängig von der Ladung, der angelegten Spannung und dem im Kondensator enthalten Dielektrikum.

C = Q/C ;  Einheit: Farad

 

Da auch die Form eine Rolle spielt kann man für einen Plattenkondensator sagen

für Plattenkondensator: 

C = ε0εr . A/d

ε0 ist die elektrische Feldkonstante (im Vakuum); εr ist die Isolaationseigenschaft der Dielektrikum; A ist die Fläche der Platte; d ist der Abstand der Platten zueinenader

 

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Das Dielektrikum

Es erhöht die Kapazität eines Kondensators

Es ist ein Halbleiter, Wasser (Polare Moleküle) oder im besten Fall ein Isolator (Polarisierbare Moleküle)

Eigentlich also nichtgeladen

Richtet aber seine Ladungen aus

Somit können sich weitere Elektronen an die negative Platte bzw. andersrum lagern

  • Mehr Ladung auf einer Fläche → Erhöhte Kapazität durch Q Erhöhung!
  • Kondensator kann Ladungsspeicherung betreiben
  • Die Speicherung von Energie am Kondensator lässt sich so erklären:
  • Negative Teilchen wandern beim Anschluss an die Stromquelle zum + pol diese Platte wird also auch + geladen
  • Die Platte am -  Pol sammelt nun noch mehr Elektronen
  • Der Kondensator ist geladen
  • Nimmt man die Spannung nun ab, so kann sich nichts mehrändern an diesem Zustand
  • Die Energie ist gespeichert.

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Energiespeicherung am Kondensator 

Teilladung an der einen Fläche zur anderen Fläche zu übertragen = O Energie

Teilladung 2 von der einen an die andere Fläche zu bringen braucht

Teilladung n von der einen an die andere Fläche zu bringen braucht

Wenn wir dies auf ein Graph anbringen so finden wir heraus dass wir mit einer Geraden rechnen können

 

„Andere“ Erklärung:

Teilchen bilden einen Wall an Ladungen auf den Platten, wenn sie sich an eine Stromquelle angeschlossen fühlen

Dadurch speichern sie Energie, weil beim Abnehmen der Spannungsquelle der Ansturm an Ladungen erhalten bleibt.

Abgeladen kann er entweder durch einen Verbraucher oder dadurch dass der stabile Zustand auf Grund von Luft, etc. pp. Zu schwanken beginnt.

W = 1/2 U . Q

 

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Schaltungen von Kondensatoren:

Parallelschaltung

Parallelschaltung

Es ergibt sich aus

 

Das lässt sich auch am Graph veranschaulichen. An dem 1. Kondensator ist Q1 die Ladung und am zweiten Q2, während die Spannung dieselbe bleibt. 

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Reihenschaltung

Wenn man davon ausgeht dass zwischen 2 Kondensatoren keine Ladungen verloren gehen, so ist der Mittelteil nicht geladen.

Die Äußeren Teile sind wenn man ihre Differenz betrachtet Null

Die Spannung addiert sich in der Reihenschaltung also gehen wir davon aus dass,

Decks in Biophysik 1 Class (28):