Ph 12 Versuche

E-Feldmessung

An einer elektrischen Feinwaage wird ein elektrischer Löffel befestigt. Dieser wird ins Innere eines Plattenkondensators gebracht. und die elektrische Kraft in Abhängigkeit von der auf dem Löffel befindlichen Ladung und der Spannung des Kondensators gemessen.

Versuch 1:
Vorbereitung:
Der elektrische Löffel ist zunächst ungeladen (Berührung mit der Hand des Experimentators, der sich selbst zuvor durch Berühren mit der Wasserleitung geerdet hat).
Dann wird eine Spannung von 15,0 kV angelegt und die Waage beobachtet. Die Waage darf dabei noch nicht ausschlagen. Tut sie das trotzdem, so ist dies ein Zeichen für ungewollte Influenzerscheinungen oder ungewollten Ladungsfluss auf den Löffel. In diesem Fall sollte man die Geometrie der Anordnung auf saubere Parallelität des Löffels und gute Mittellage im Kondensator überprüfen und eventuell auch mit etwas geringerer Spannung arbeiten.
Durchführung:
Nun lädt man den Löffel indem man ihn kurz mit der oberen Platte (dadurch elektrische Kraft nach unten!) berührt. Man liest die Zunahme des Waageausschlags ab und rechnet ihn in Krafteinheiten um.
Anschließend halbiert man die Ladung auf dem Löffel indem man den Löffel mit einem identischen ungeladenen Löffel im feldfreien Raum symmetrisch berührt. Dazu dreht man entweder den Löffel aus dem Kondensator oder schaltet die Spannung aus und entlädt den Kondensator mittels Kurzschlussbügel. Anschließend misst man die Kraft auf diese Ladung im gleichgeladenen Kondensator. Dies wiederholt man, indem man die Ladung nochmals auf die gleiche Weise halbiert.
Versuchsergebnisse:

Auswertung:
Die Kraft F ist von der Größe der Ladung abhängig , nicht aber der Quotient F/Q. (da die Kraft zur Löffelladung direkt proportional (quotientengleich) ist.
Dieser Quotient beschreibt eine nur vom Feld abhängige Größe, die man als Feldstärke E definiert. Da die Kraft F ein Vektor ist und die Ladung Q kein Vektor ist, muss E ein Vektor in Richtung (oder Gegenrichtung) der Kraft sein. Die Richtung der Feldstärke wird als die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung definiert (die Kraft auf eine negative Probeladung ist entgegen der Feldstärkerichtung).

2. Versuch.
Man wiederholt den ersten Versuch, behält aber nun die Löffelladung konstant und ändert die Spannung am Kondensator.
Ergebnisse:

Was kann man aus diesen Ergebnissen schließen?

zu zwei anderen Versuchsaufbauten