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Die elektrische Feldstärke
Inhalt
• Die elektrische Feldstärke– Definition– Feldlinien
• Die magnetische Feldstärke– Definition– Lorentzkraft– Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen
Leiter
Formel Einheit Anmerkung
Elektrische Feldstärke:Quotient aus der Kraft auf eine elektrische Ladung und dem Betrag der Ladung
Die Richtung der elektrischen Feldstärke ist definiert als Richtung der Kraft auf eine positive Ladung
C
N 1
q
rFrE
)()(
Die elektrische Feldstärke
Die Feldstärke ist eine Eigenschaft des Orts, ihre Ursache muss nicht bekannt sein
Q
Beispiel: Ladung q „im elektrischen Feld“ einer mit Q geladenen Platte
q
q
FE
Q
Die Ladungsverteilung – Ursache für die Feldstärke –kann unbekannt sein
Beispiel: Ladung q „im elektrischen Feld“
q
q
FE
Feldlinien, Feldstärke
Feldlinien zeigen die Richtung der Kraft auf eine Ladung q, hohe Dichte der Linien zeigt hohen Betrag der Kraft ( Q Ladung auf der Platte)
q
q
FE
Q
• Versuch: Feldlinienbilder für Ladungsverteilungen:– Zwei gleichgeladene Punktladungen– Zwei entgegengesetzt geladene
Punktladungen– Zwei große Platten: „Plattenkondensator“
Statische elektrische Feldstärke
• Ursache: Anordnung von Ladungen• Durch die Wahl der Ladungsverteilung im
dreidimensionalen Raum können unterschiedliche Feldverteilungen realisiert werden
• Die elektrischen Feldstärken in der Umgebung von Molekülen steuern - auf atomarer Skala - die Anlagerung von weiteren Baugruppen bei– Strukturbildung in der organischen und anorganischen
Natur • Z. B. beim Protein-Aufbau im Ribosom
– Signalübertragung über Transmitter in den Membranen der Nerven und Muskelfasern, Ladungs-gesteuertes Öffnen und Schließen der Kanäle
Vergleich mit der Feldstärke im Gravitationsfeld
Gravitationsfeldstärke: analog zur elektrischen Feldstärke, Quotient
• Zähler: Gravitations-Kraft F [N] auf einen Probekörper• Nenner: Eigenschaft des Probekörpers, an der die Kraft
angreift, die Masse [kg]Eg = F/m [N/kg]
Der Begriff „Gravitations Feldstärke“ ist im „täglichen Leben“ wenig gebräuchlich, denn– Eg = F/m = g [m/s2 ] ist praktisch überall konstant – Die Richtung zeigt immer „nach unten“, zur Erdmitte hin
• Grund: Die riesige Erdmasse dominiert die Schwerkraft, der Einfluss weiterer Massen ist oft vernachlässigbar, aber vorhanden, z. B. die Masse des Mondes verursacht die Gezeiten – Die Suche nach den Ursachen für die Variation des
Gravitationsfeldes ist ein Forschungsgebiet der Geophysik
Feldlinien, Feldstärken elektrisch und bei Gravitation
Betrag und Richtung der Kraft variabel Betrag und Richtung der Kraft überall gleich
Ursachen der Feldstärken
• Elektrisch: – Statische Anordnung von Ladungen– Zeitliche Änderung von Magnetfeldern
• Magnetisch:– Bewegte Ladungen– Zeitliche Änderung von elektrischen Feldern
Thema der Elektrostatik
Ursachen der Feldstärken
• Elektrisch: – Statische Anordnung von Ladungen– Zeitliche Änderung von Magnetfeldern
• Magnetisch:– Bewegte Ladungen– Zeitliche Änderung von elektrischen Feldern
Thema der Elektrodynamik
Zusammenfassung
• An einem Ort mit elektrischer Feldstärke wirkt auf eine Ladung eine Kraft
Die Feldstärke ist ein Quotient • Zähler: Coulomb-Kraft F [N] auf einen Probekörper der
Ladung q• Nenner: Eigenschaft des Probekörpers, an der die Kraft
angreift, die Ladung q [C]E = F/q [N/C]
• Die elektrische Feldstärke ist eine vektorielle Größe mit der Richtung des Kraft-Vektors
• Ursachen elektrischer Feldstärke:– Materiell: Statisch im Raum angeordnete Ladungen– Ohne Materie: Sich zeitlich ändernde magnetische Felder
finis
Betrag und Richtung der Kraft variabel Betrag und Richtung der Kraft überall gleich
