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1
Physik für Mediziner, Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Zahnmediziner und
PharmazeutenPharmazeuten SS2000
18.-20.Vorlesung 2.6./5.6./6.6.2000 Prof. Dr. Alois PutzerProf. Dr. Alois Putzer
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2
Plan : Nächste VorlesungenPlan : Nächste Vorlesungen Heute:
Elektrizität Danach :
Optik Röntgenstrahlung Radioaktivität Nuklearmedizin Elektromagnetische Wellen Tomographie, Laser,......
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3
Elektrostatik Elektrische Kräfte bestimmen den Aufbau
der Materie. Positive und negative Ladung Proton (+), Elektron (-) Elektrisch neutraler Zustand : Gleiche
Zahl von positiven und negativen Bausteinen.
Freie Ladung erhält man durch Trennung von negativen und positiven Ladungsträgern.
Elektrostatik : Untersuchung von freien ruhenden Ladungen.
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4
Elektrische Kraft Elektrische Kräfte gehen von
Ladungen aus und wirken auf Ladungen.
Ladung : 1 C= 1As = 6,242 1018qe (Elektron) qe = 1,602 10-19 C
Coulomb Gesetz (1785)r
21
0el e
r²
επ4
1F
Vm
As8,8510 12
oε
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5
Einheiten der Elektrizität Strom : I : Ampere : A
(Grundgröße) Ladung : Q: Coulomb : C = As Spannung : U :Volt : V =
Nm/As Leistung : P :Watt : W = VA Energie : W : : Ws =
VC = J
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6
Elektrisches Feld(1) Jede elektrische Ladung ist
immer von einem elektrischen Feld umgeben.
Bringt man eine Probeladung q in ein elektrisches Feld, so wirkt die Coulombkraft auf diese.
Damit erhalten wir für das elektrische Feld
q
FE el
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7
Elektrisches Feld (2) Das elektrische Feld einer
Punktladung:
[E] = N/As = V/m Die Richtung des Feldvektors zeigt
in die Richtung in die sich eine positive Probeladung bewegen würde.
r0
er²
Q
4
1
q
FE
π
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8
Feld einer Punktladung
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9
Feld zweier ungleicher Ladungen
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10
Feld zweier gleicher Ladungen
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11
Elektrisches Feld (3) Richtung der Feldlinien = Richtung des
elektri-schen Feldes Dichte der Feldlinien ist proportional zur
Stärke des elektrischen Feldes. Elektrische Feldlinien beginnen und enden
immer auf Ladungen. Das elektrische Feld steht senkrecht auf
einer Leiteroberfläche=> der Innenraum eines geschlossenen Leiters ist feldfrei (und damit ladungsfrei.)
Das elektrische Feld läßt sich abschirmen: Faradaykäfig.
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Elektrische Spannung(1) Verschiebung einer Ladung im
elektrischen Feld erfordert, analog zur Bewegung einer Masse im Gravitationsfeld, die Arbeit
W=F s = q E s = q E (r1 - r2) = q U12
Die Größe U nennt man die Potentialdifferenz oder elektrische Spannung zwischen den Punkten 1 und 2.
Die Spannung beträgt 1V, wenn zur Ver-schiebung der Ladung 1C die Arbeit 1J erforderlich ist.
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Elektrische Spannung(2) Für die Spannung zwischen zwei
Metall-platten im Abstand d erhält man U = Ed (E = U/d)
Für die Kraft auf die Probeladung q ergibt sich:
F=qE = qU/d und für die Beschleunigung im
elektri-schen Feld: a=F/m = q/m U/d
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Ladungstrennung durch Influenz Bringt man einen ungeladenen
metallischen Leiter in ein elektrisches Feld, so werden die leicht beweglichen Ladungsträger (Elektronen) so verschoben, daß im Inneren kein resultierendes elektrisches Feld vorhanden ist.
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Influenz
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16
Dielektrikum
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Speicherung von Ladungen:Kondensatoren Die Ladungsmenge Q hängt ab von
der Spannung U, der Fläche der Platten A dem Abstand zwischen den Platten d Q = C U bzw. C=Q/U
(C : Kapazität : Farad [F]
d
AC oε
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Elektrisches Feld mit Dielektrikum Bei Nichtleitern wird das Feld im
Inneren nur geschwächt, da die Ladungen sich nicht bewegen sondern nur ausrichten können.
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Kondensator mit Dielektrikum Bringt man ein Dielektrikum
zwischen die Kondensatorplatten, so ändert sich die Kapazität des Kondensators.
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Elektrische Leitung in Metallen
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Drehspulinstrument
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23
Schiebewiderstand
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24
Ohmsches Gesetz : U = R I
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Elektrolyse
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26
Galvanische Elemente
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Faraday-Gesetz Fließt ein StromI so wird in der
Zeit t die Ladungsmenge Q = I t von den Ionen transportiert. Trägt ein Ion die Ladung z e so sind es N = Q/ze Ionen.
m(g)=Molmasse/z •Q/F F = e NA = 96485 C/mol n(mol) = Q/z.F
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Elektrizitätsleitung im Vakuum
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Zählrohr
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