15. Das elektrische Feld

1. 15. Das elektrische Feld Ein Feld ist ein Raum, in dem jedem Punkt ein bestimmter Wert einer physikalischen Größe zugeordnet wird.

2. 15.1 Verschiedene el. Felder Warum bewegen sich elektrische Ladungen? Versuch: Es wirkt eine Kraft zwischen den Grießkörnern im elektrischen Feld (= Raum zwischen den Ladungen). hier:homogenes Feld Feldlinien sind parallel und gleich dicht. Richtung der Feldlinien: von + nach - F = Q*E Kraft auf eine Ladung Q im Feld mit der Feldstärke E

3. Weitere Felder Versuch: Feldlinien liegen bei der punktförmigen viel dichter als bei plattenförmigen Elektrode.

4. Weitere Felder Versuch: Ein radial-symmetrisches Feld wird erzeugt. Radialsymmetrisches Feld

5. Coulombsches Gesetz • Die Feldstärke steht für die Dichte der Feldlinien. E·4r2π = const  E ~1/(4r2 π), andrerseits: E ~ Q  E ~ Q/(4r2π)  F ~ Q1*Q/(4r2π) “Coulombsches Gesetz” ε0 = 8,8541878·10-12As/Vm

6. Aufgabe • Wie stark ziehen sich Elektron und Proton im Wasserstoffatom an? (Abstand = 10-10 m)? • (Beispiel auf S. 37 BW 7) • Vergleiche mit der Gravitationsanziehung der beiden!

7. Lösung zur Aufgabe Vergleiche mit der Gravitationsanziehung der beiden:

8. 15.3 Die elektrische Influenz • Zwei Elektroskope stehen nebeneinander. (neutral) • Sie werden mit einem Aluminium-stab mit Isolierstiel verbunden. • Nähern eines geladenen Stabes ohne Berührung. • Die beiden Elektroskope zeigen einen Ausschlag. • Abheben des Al-Stabes, dann Entfernen des geladenen Stabes. • Wir erhalten zwei verschieden geladene Körper. • Ladungsausgleich. Die beiden Körper sind wieder neutral

9. Elektrische Influenz • In der Umgebung eines geladenen Körpers wirken elektrische Kräfte. Ihren Wirkungsbereich nennt man elektrisches Feld. Die Trennung elektrischer Ladungen durch ein elektrisches Feld heißt elektrische Influenz.

10. 15.3.1 Anwendungen der el. Influenz Van de Graaf-Generator (1931) • Durch den Kontakt des Endlosbandes aus Gummi mit der Erregerwalze aus Plexiglas wird diese positiv aufgeladen das Endlosband negativ. Über die Schneide gegenüber der Erregerwalze werden Elektronen von der Konduktorhaube abgesaugt und auf das Gummiband gesprüht. Dadurch wird die Konduktorhaube positiv aufgeladen. Das Gummiband transportiert die Elektronen nach unten, wo sie von einer weiteren Schneide, die geerdet ist, abgesaugt werden. • Die Ladungen befinden sich auf der Oberfläche der Konduktorhaube. Welche Spannung erzielt werden kann, hängt von der Größe (Radius) ab. Unserer ca. 25 kV. • Anwendung als Gleichspannungsquelle mit sehr hoher Spannung, aber geringer Stromstärke. Besonders in der Elementarteilchenforschung. Es gibt Van de Graaf-Generatoren mit Kugeldurchmessern von 5m. (MV-Bereich)

11. Elektrostatische Abgasreinigung Ein dünner Draht in der Mitte des Rohres (isoliert) wird auf eine Spannung von 100 000 V gebracht. Vom Draht gehen Elektronen aus und lagern sich an den Rußpartikeln ab. Diese werden dadurch negativ aufgeladen und von der Wand angezogen. Dort lagern sie sich ab.

12. Elektrostatische Aufladungen Ist die relative Luftfeuchtigkeit über 60 bis 65%, bildet sich auf jeder dieser Feuchtigkeit ausgesetzten Oberfläche ein Wasserfilm. Da nun aber Wasser elektrostatisch gesehen ein guter Leiter ist, wird jede Überschussladung sofort abgeleitet, ja es ist sogar schwierig, unter diesen Bedingungen experimentell eine statische Aufladung überhaupt zu erzeugen. Dies ist auch der Grund, weshalb Unfälle durch Elektrostatik meist im Winterhalbjahr und nur in gemäßigten Zonen auftreten.

13. Aufladung des Menschen auf einem Teppich • Der menschliche Körper mitsamt Brandsohle. Diesen Teil darf man als Leiter bezeichnen, da der Widerstand zwischen zwei beliebigen Stellen unterhalb 109 Ohm liegt. • Die eigentliche (Geh-) Sohle als mehr oder weniger guter Isolator. Durchgangswiderstand für Leder ca. 109 bis 1010 Ohm, für Gummisohlen ca. 1013 bis 1015 Ohm. • Der Teppich als mehr oder weniger guter Isolator. Je nach Typ ist mit den verschiedensten Widerstandswerten zu rechnen. • Ein leitfähiger und geerdeter Boden, gegenüber dem die Potentiale gemessen werden.

14. Der menschliche Körper mitsamt Brandsohle. Diesen Teil darf man als Leiter bezeichnen, da der Widerstand zwischen zwei beliebigen Stellen unterhalb 109 Ohm liegt. • Die eigentliche (Geh-) Sohle als mehr oder weniger guter Isolator. Durchgangswiderstand für Leder ca. 109 bis 1010 Ohm, für Gummisohlen ca. 1013 bis 1015 Ohm. • Der Teppich als mehr oder weniger guter Isolator. Je nach Typ ist mit den verschiedensten Widerstandswerten zu rechnen. • Ein leitfähiger und geerdeter Boden, gegenüber dem die Potentiale gemessen werden. 1 2 3 4