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Versuche

Beweglicher Dipol in Elektrischen Feldern (Videos der Universität Würzburg)

Versuch 1: Dipol im homogenen Elektrischen Feld

 

Abb. 1 Dipol im homogenen elektrischen Feld

Zwei leitende Kugeln sind über eine Stange aus isolierendem Material verbunden. Die Anordnung ist an einer Schnur aufgehängt und befindet sich in der Mitte des homogenen Feldes eines geladenen Plattenkondensator. Die Kugeln werden entgegengesetzt aufgeladen.

Aufgabe: Beobachtung und Erklärung von Versuch 1
Aufgabe

Betrachten Sie das Video, beschreiben Sie den Versuch und erklären Sie ihn.

Lösung

Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Die Kräfte erzeugen ein Drehmoment

Der Versuch zeigt, wie im elektrischen Feld des Plattenkondensators zwei wegen der Symmetrie gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte \({{\vec F}_1}\) und \({{\vec F}_2}\) auftreten, die nicht die gleiche Wirkungslinie haben. Dadurch wirkt ein Drehmoment \(M\) auf den Dipol, das diesen dreht. Die eine resultierende Kraft ist jedoch Null, so dass sich die Dipolaufhängung nicht seitlich bewegt. Das Drehmoment ist maximal, wenn die Achse des Dipols senkrecht zum elektrischen Feld steht. Es verschwindet, wenn sich der Dipol im Feld ausgerichtet hat.

Versuch 2: Dipol im inhomogenen Elektrischen Feld

 

Abb. 3 Dipol im inhomogenen elektrischen Feld

Zwei leitende Kugeln sind über eine Stange aus isolierendem Material verbunden und an einer Schnur aufgehängt. Die Anordnung befindet sich in einem inhomogenen elektrischen Feld. Die Kugeln werden entgegengesetzt aufgeladen. Dann wird die das elektrische Feld erzeugende Spannung immer stärker hochgedreht.

Aufgabe: Beobachtung und Erklärung von Versuch 2
Aufgabe

Betrachten Sie das Video, beschreiben Sie den Versuch und erklären Sie ihn.

Lösung

Joachim Herz Stiftung
Abb. 4 Die Kräfte sind unterschiedlich groß

Der Versuch zeigt, wie im inhomogenen Feld zwischen Spitze und Platte zwei entgegengesetzt gerichtete, aber nicht gleich große Kräfte \({{\vec F}_1}\) und \({{\vec F}_2}\) auftreten, die auch nicht die gleiche Wirkungslinie haben. Dadurch wirkt ein Drehmoment \(M\) auf den Dipol, das diesen dreht. Die resultierende Kraft ist nicht Null, so dass sich die Dipolaufhängung seitlich zur Spitze hin bewegt. Sowie die resultierende Kraft groß genug ist, um den Dipol etwas aus der Nulllage herauszuziehen, wird das Kräfteungleichgewicht noch größer, die negative Kugel bewegt sich zur Spitze und lädt sich dort um, die Hantel pendelt nun hin und her.