• 6.1.1Elektrische Ladungen, das Coulomb Gesetz
  • Vorlesung Experimentalphysik II am 18




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    Vorlesung Experimentalphysik I am 26.1.1999 J. Ihringer

    6Elektrodynamik




    6.1Elektrostatik

    Die Elektrostatik beschäftigt sich, ähnlich der Statik in der Mechanik, mit Kräften. Es wirken Kräfte zwischen elektrischen Ladungen, die Coulomb Kräfte, die der Gravitationskraft entsprechen.


    6.1.1Elektrische Ladungen, das Coulomb Gesetz

    In der alltäglichen Anwendung wird der Strom in metallischen Leitern erzeugt, geführt und in Energie verwandelt. Zur Ladungserzeugung in Leitern benötigt man aber ein magnetisches Feld und eine geeignete Bewegung des Leiters. Viel einfacher ist die Ladungserzeugung in Isolatoren: Werden ausgewählte Materialien miteinander in Kontakt gebracht und wieder getrennt, dann bleiben Ladungen an ihrer Oberfläche zurück. Die Ladungen zeigen sich durch ihre Kraftwirkung: Haare steigen beim Kämmen auf, Papierschnipsel kleben an einem geriebenen Füller. Auf diese Art wurden Ladungen schon im Altertum von Thales von Milet mit geriebenem Bernstein entdeckt: ist der griechische Name für Bernstein.



    Versuch 1 Stäbe aus Porzellan und Hartgummi werden am Katzenfell gerieben. Beide saugen Papierschnipsel und ähnliches auf. Man mache Selbstversuche mit Füller, Kugelschreiber, Kämmen usw..

    Versuch 2 Ein Stab aus Hartgummi (Trovidur) wird in einer Schlaufe aufgehängt und am Katzenfell gerieben. Man nähert sich einem Ende mit geriebenen Gegenständen: Der Hartgummistab stößt ab, Glasstab zieht an, das Tuch stößt ab.

    Man erkennt aus diesen Versuchen:




    1. Es gibt Ladungen, die von einem Körper zum andern übergehen können

    2. Zwischen den Ladungen wirken Kräfte

    3. Es genügt die Annahme von zwei Ladungsarten: Positive und Negative

    4. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an

    5. Im unbehandelten Zustand sind die Körper elektrisch neutral: Es gibt gleich viele positive wie negative Ladungen.

    Die elektrische Ladung kann durch Erdung, d.h. einer leitenden Verbindung zum Ladungsreservoir der Erde oder mit einer Flamme oder heißem Gas, beide transportieren Ladungen, neutralisiert werden. In beiden Fällen fließt den aufgeladenen Bereichen die entgegengesetzte, gleich große Ladung zu.



    Versuch 3 Kontaktelektrizität durch Abziehen einer Glimmerplatte von der Quecksilber Oberfläche.

    Versuch 4 Ein Paraffinstab wird in Wasser getaucht und herausgezogen. Das Elektrometer zeigt seine Ladung.

    Versuch 5 Ein Stab mit zwei metallischen Enden wird von der Flamme entladen.

    Es gibt Isolatoren und leitende Materialien. In Isolatoren bleiben die Ladungen am Ort ihrer Entstehung lokalisiert, in Leitern breiten sie sich gleichmäßig über die ganze Oberfläche aus. In Leitern sind die Ladungen frei verschiebbar. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, deshalb suchen sie die Orte größtmöglichen Abstandes zueinander: Das Resultat ist die gleichmäßige Ladungsdichte auf der Oberfläche.


    Im Elektroskop nützt man diese Eigenschaft um Ladungen anzuzeigen. Weil sich gleichnamige Ladungen abstoßen, werden die Blättchen eines Blättchenelektroskops und der Zeiger eines „Braunschen Elektrometers“ in Abhängigkeit von der Ladung ausgelenkt.




    Abbildung 1 Blättchenelektroskop. Grün: Metallisch leitende Teile, rot: Teile aus nichtleitendem Material. Beide Blättchen stoßen sich ab, wenn das Elektroskop aufgeladen ist.


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