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22b Elektrostatik

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Fundamentale Eigenschaften

Ladungserhaltungin einem isolierten System bleibt die Anzahl der Ladungen erhalten

EnergieerhaltungImpulserhaltung

Drehimpulserhaltung...

anders ausgedrücktLadungen werden nicht erzeugt, sondern es kommt nur zu einer Trennung von Ladungen unterschiedlicher Polarität

Betazerfall eines Atomkerns

Zerfall eines Photons (neutral) in ein Elektron (q-, negativ)

und ein Positron (q+, positiv) (positiv geladenes Elektron)

umgekehrter Prozess auch möglich

Erhaltungssätze in der klassischen Mechanik

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Fundamentale Eigenschaften

Quantisierung der LadungElektrische Ladungen treten nur in ganzzahligen

Einheiten einer fundamentalen Größe auf

Robert Millikan(1868-1953)

Zahlganze:NNeq =

ee−

+:Elektron

,:Proton

Der Wert der positiven Ladungen entspricht genau dem wert der negativen LadungEs gibt fundamentale Teilchen (Elementarteilchen), die ladungsneutral sind

Beispiel: Neutron und Photon (Lichtteilchen)

Seit einigen Jahren wissen wirProton ist aufgebaut aus kleineren Einheiten (Quarks)

Quarks tragen Bruchteile der ElementarladungZustand nur stabil bei geringen Abständen

z.B. innerhalb eines Atomkerns

Erhaltung der Ladung in der

Elektron-PositronPaarerzeugung

B-Feld

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Klassifizierung

Elektrische Leiter sind Materialien, in denen sich einige der Elektronen verschieben lassen. Sie sind nicht an Atome gebunden und können sich im Leiter frei bewegen.

Elektrische Isolatoren sind Materialien, in denen alle Elektronen an Atome gebunden sind und sich nicht frei bewegen können.

Kupfer

Aluminium

Gold

Holz

Gummi

Wolle

Halbleiter sind eine dritte Klasse von Materialien, mit Eigenschaften zwischen denen von elektrischen Isolatoren und Leitern

Silizium

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Aufladung durch Kontakt

gleiche Ladungen stoßen sich ab

Instrument zum Nachweis elektrischer LadungElektroskop

positiv oder negativ geladener Stab

isolierter Bereich um Entladung durch feuchte Luft zu verhindern

Bemerkenswert!Die Kräfte sind so hoch, dass sich die Lamellen entgegen der Gravitation bewegen

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Aufladung durch AnnäherungLadungsverschiebung in Metallen durch ein äußeres elektrisches Feld

Neutrale Metallkugel mit gleicher Anzahl positiver und negativer Ladung

Umverteilung der Ladungen durch negativ

geladenen Glasstab

Durch Erdung können negative

Ladungen abfließen

Wenn der negative Glasstab entfernt wird verteilen sich alle Ladungen gleichmäßig. Da weniger negative Ladungen vorhanden

ist die Kugel positiv aufgeladen.

AB

C

D

E

äußeres elektrisches Feld

Wenn die Erdung unterbrochen wird, sind die positiven Ladungen

in der Kugel gleich verteilt

Influenz

Gibt es Beispiele in der Natur für natürliche Ladungstrennung?

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Mikroskopische LadungsverteilungLadungstrennung ohne äußeres elektrisches Feld

Ladungen nicht gleichmäßig über das Molekül verteiltStatisches elektrisches Dipolmoment

Diese Asymmetrie besteht auch ohne das ein elektrische Feld vorhanden ist!

+

+

- -

Durch ein elektrisches Feld richten sich die Moleküle ausAblenkung eines Wasserstrahls in Anwesenheit eines elektrischstatisch aufgeladenen Stabes

Wassermolekül

polare Moleküle

HCN

HCN