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Elektrische Feldstärke eines Dipols

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Elektrische Feldstärke eines Dipols. Anwendung: EKG Versuch. Inhalt. Elektrischer Dipol Feldstärke und Potential um einen Dipol in isolierender schwach leitender Umgebung . Der elektrische Dipol. d. Q (+). Q (-).

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Presentation Transcript
inhalt
Inhalt
  • Elektrischer Dipol
  • Feldstärke und Potential um einen Dipol in
    • isolierender
    • schwach leitender

Umgebung

der elektrische dipol
Der elektrische Dipol

d

Q (+)

Q (-)

Ein Dipol ist die erste Näherung für eine beliebige Verteilung positiver und eben so vieler negativer Ladungen

feldst rke eines dipols in isolierender umgebung vakuum
Feldstärke eines Dipols in isolierender Umgebung („Vakuum“)

Die Feldlinien zeigen die Richtung der Kraft auf eine Probeladung, die Dichte der Linien zeigt den Betrag der Kraft

feldst rke und linien gleichen potentials
Feldstärke und Linien gleichen Potentials
  • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau

Die Linien gleichen Potentials („Äquipotentiallinien“) schneiden die Feldlinien im rechten Winkel: bei Transport einer Ladung senkrecht zur Feldlinie wird keine Arbeit verrichtet

dipol im isolierenden rahmen vakuum
Dipol im isolierenden Rahmen („Vakuum“)
  • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau

Ein isolierender Rahmen ändert nichts an der Feld- und Potential-Verteilung

dipol im elektrolyten umgeben von einem isolierendem rahmen

Die Ladungsträger im Elektrolyten sind Anionen und Kationen mit Hydrathüllen und unterschiedlicher Transport-Geschwindigkeit

Dipol im Elektrolyten, umgeben von einem isolierendem Rahmen

Elektrolyt

  • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau

Die Ionen im Wasser verschieben sich, bis die Feldlinien parallel zum isolierenden Rahmen verlaufen: Der Dipol wird nach außen abgeschirmt

aufbau der feld ver ndernden ladungswolken
Aufbau der Feld verändernden Ladungswolken

Der Außenraum ist Feld-frei!

  • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau

Innerhalb des isolierenden Rahmens verschieben sich die Ionen zu statischen Ladungswolken

gleichgewicht bei stromfluss

Ohne Strom würden Ladungswolken entsprechender Polarität den Dipol neutralisieren

Gleichgewicht bei Stromfluss
  • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau

Die gezeigte Feldverteilung erfordert einen konstanten Strom Fluss

der dipol als spannungsquelle
Der Dipol als Spannungsquelle
  • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau

Die Spannungsquellen der Membran sind Diffusionspotenziale, Na+ /K+ Pumpen erhalten die Konzentrationsunterschiede

Konstanter Strom fließt, wenn der Dipol Ladung nachliefert: Der Dipol wirkt als Batterie (Deshalb ist der Dipol im EKG Versuch eine Batterie !)

zellmebran polarisiert
Zellmebran polarisiert

Im polarisierten Zustand ist die Zellmembran außen positiv geladen.

depolarisation bei beginn der erregung

Äquipotential-Linie

Depolarisation bei Beginn der Erregung

Dipole auf der Aussenseite der Membran

Die Zellmembran schirmt das Feld der Dipole innerhalb der Membran nach außen ab. Im schwach leitenden Außenraum (dem Körper) sind deshalb nur die Dipole auf der Aussenseite der Membran messbar

zellmebran polarisiert1

0

mV

Zellmebran polarisiert

40

Kein Signal an der Oberfläche des Körpers im polarisierten Zustand

depolarisation

0

mV

Depolarisation

40

Dipol Signal an der Oberfläche des Körpers bei Depolarisation

zusammenfassung
Zusammenfassung
  • Das Wasser im Körper mit seinen Elektrolyten ist ein schwach leitendes Medium
  • Durch Ladungsverschiebung im schwach leitenden Medium passt sich die Feldverteilung eines Dipols den Randbedingungen an:
    • Bei isolierender Umrandung des Elektrolyten bleiben die Feldlinien innerhalb der isolierenden Wände
    • Wirkt der Dipol als Spannungsquelle, dann bleibt die Feldverteilung durch Strom-Fluss stabil
  • Dipole innerhalb der Zellmembran sind deshalb nach außen abgeschirmt
  • Nur Dipole außerhalb der Zellmembran beeinflussen das Feld im Elektrolyten außerhalb der Zelle
finis
finis

„Künstlerisch freie“ Darstellung: Die Äquipotentiallinien enden in Wirklichkeit an der Körperoberfläche

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