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Weidezaun (Abitur BY 2019 Ph11-1 A2)
Abb. 1 Aufbau des Modellversuchs zum WeidezaunIm Unterricht wird mithilfe nebenstehender Schaltung ein elektrischer Weidezaun simuliert, indem der…
Zur AufgabeAbb. 1 Aufbau des Modellversuchs zum WeidezaunIm Unterricht wird mithilfe nebenstehender Schaltung ein elektrischer Weidezaun simuliert, indem der…
Zur AufgabeInterferenz und Dipolstrahlung (Abitur BY 2019 Ph12-1 A1)
Abb. 1 Momentaufnahme der abgestrahlten Wellenfronten (Wellentäler gestrichelt, Wellenberge durchgezogen)Zwei identische gleichphasig schwingende und…
Zur AufgabeAbb. 1 Momentaufnahme der abgestrahlten Wellenfronten (Wellentäler gestrichelt, Wellenberge durchgezogen)Zwei identische gleichphasig schwingende und…
Zur AufgabeCOULOMB-Gesetz (Abitur BY 2019 Ph11-1 A1)
Abb. 1 VersuchsaufbauIm Unterricht soll die Kraft zwischen zwei identischen geladenen Metallkugeln mit Durchmesser \(2{,}0\,\rm{cm}\) untersucht…
Zur AufgabeAbb. 1 VersuchsaufbauIm Unterricht soll die Kraft zwischen zwei identischen geladenen Metallkugeln mit Durchmesser \(2{,}0\,\rm{cm}\) untersucht…
Zur AufgabeLeiter und Nichtleiter
- Materialien können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: Leiter (z.B. Metalle) und Nichtleiter (z.B. Kunststoffe).
- Ob ein Material Strom gut oder schlecht leitet kannst du mit einer Testschaltung prüfen.
- Je mehr Salz im Wasser gelöst ist, desto besser leitet Wasser Strom.
- Die meisten Gase leiten Strom nicht.
- Materialien können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: Leiter (z.B. Metalle) und Nichtleiter (z.B. Kunststoffe).
- Ob ein Material Strom gut oder schlecht leitet kannst du mit einer Testschaltung prüfen.
- Je mehr Salz im Wasser gelöst ist, desto besser leitet Wasser Strom.
- Die meisten Gase leiten Strom nicht.
Elektrische Ladung
- Die Einheit der elektrische Ladung, Symbol \(Q\), ist das Coulomb, Symbol \(\rm{C}\).
- Ein Elektron besitzt die negative Elementarladung: \(q_{\rm{Elektron}}=-e = -1{,}6 \cdot 10^{-19}\,\rm{C}\).
- Die Einheit der elektrische Ladung, Symbol \(Q\), ist das Coulomb, Symbol \(\rm{C}\).
- Ein Elektron besitzt die negative Elementarladung: \(q_{\rm{Elektron}}=-e = -1{,}6 \cdot 10^{-19}\,\rm{C}\).
Leistung bei der Parallelschaltung von Schaltern und Lampen
Ein Stromkreis enthält eine elektrische Quelle mit \(\left| {{U_0}} \right| = 6{,}0\,{\rm{V}}\) und drei gleichartige Glühlampen mit der Aufschrift…
Zur AufgabeEin Stromkreis enthält eine elektrische Quelle mit \(\left| {{U_0}} \right| = 6{,}0\,{\rm{V}}\) und drei gleichartige Glühlampen mit der Aufschrift…
Zur AufgabeElektrische Kraft (2 Spezialfälle)
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{el}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener paralleler Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist senkrecht zu den Plattenoberflächen gerichtet. Der Betrag \(F_{\rm{el}}\) dieser elektrischen Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{el}} = \frac{1}{\varepsilon _0} \cdot \frac{\left| Q \right| \cdot \left|q \right|}{A}\).
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{C}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Abstand \(r\) von einer ortsfesten Punktladung \(Q\) (COULOMB-Kraft) liegt auf der Verbindungsgeraden der beiden Ladungen. Der Betrag \(F_{\rm{C}}\) dieser COULOMB-Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{C}} = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon _0} \cdot \frac{\left|Q\right| \cdot \left|q\right|}{{{r^2}}}\).
- Dabei ist jeweils \(\varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot {10^{-12}}\,\frac{\rm{A}\,\rm{s}}{\rm{V}\,\rm{m}}\) die elektrische Feldkonstante.
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{el}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener paralleler Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist senkrecht zu den Plattenoberflächen gerichtet. Der Betrag \(F_{\rm{el}}\) dieser elektrischen Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{el}} = \frac{1}{\varepsilon _0} \cdot \frac{\left| Q \right| \cdot \left|q \right|}{A}\).
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{C}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Abstand \(r\) von einer ortsfesten Punktladung \(Q\) (COULOMB-Kraft) liegt auf der Verbindungsgeraden der beiden Ladungen. Der Betrag \(F_{\rm{C}}\) dieser COULOMB-Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{C}} = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon _0} \cdot \frac{\left|Q\right| \cdot \left|q\right|}{{{r^2}}}\).
- Dabei ist jeweils \(\varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot {10^{-12}}\,\frac{\rm{A}\,\rm{s}}{\rm{V}\,\rm{m}}\) die elektrische Feldkonstante.
Elektrisches Feld und Feldliniendarstellung
- Im Raum um eine Ladung herrscht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld überträgt die Kraftwirkung dieser Ladung auf andere Ladungen.
- Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft \({\vec F_{\rm{el}}}\) auf eine Probeladung und der Probeladung \(q\): \(\vec E = \frac{{{{\vec F}_{\rm{el}}}}}{q}\).
- Für die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Raum um eine punktförmige Ladung \(Q\) gilt: Der Feldstärkevektor ist für eine positive Ladung radial von der Ladung weg und für eine negative Ladung radial zur Ladung hin orientiert, der Betrag ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) und hat den Wert \(E = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{r^2}\).
- Die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist konstant (homogenes elektrisches Feld). Der Feldstärkevektor steht senkrecht zu den Plattenoberflächen, ist von der positiv zur negativ geladenen Platte orientiert und hat den Betrag \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
- Im Raum um eine Ladung herrscht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld überträgt die Kraftwirkung dieser Ladung auf andere Ladungen.
- Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft \({\vec F_{\rm{el}}}\) auf eine Probeladung und der Probeladung \(q\): \(\vec E = \frac{{{{\vec F}_{\rm{el}}}}}{q}\).
- Für die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Raum um eine punktförmige Ladung \(Q\) gilt: Der Feldstärkevektor ist für eine positive Ladung radial von der Ladung weg und für eine negative Ladung radial zur Ladung hin orientiert, der Betrag ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) und hat den Wert \(E = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{r^2}\).
- Die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist konstant (homogenes elektrisches Feld). Der Feldstärkevektor steht senkrecht zu den Plattenoberflächen, ist von der positiv zur negativ geladenen Platte orientiert und hat den Betrag \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
Kugeln einer Influenzmaschine
Die Kugeln einer Influenzmaschine haben einen Durchmesser von \(2{,}00\,\rm{cm}\) und tragen die entgegengesetzte, aber betragsmäßig gleiche Ladung…
Zur AufgabeDie Kugeln einer Influenzmaschine haben einen Durchmesser von \(2{,}00\,\rm{cm}\) und tragen die entgegengesetzte, aber betragsmäßig gleiche Ladung…
Zur AufgabeElektrische Kraft im radialsymmetrischen elektrischen Feld (COULOMB-Feld) - Formelumstellung
a) Zwei kleine Kugeln sind \(50\,\rm{cm}\) voneinander entfernt. Der Durchmesser der Kugeln kann gegenüber…
Zur Aufgabea) Zwei kleine Kugeln sind \(50\,\rm{cm}\) voneinander entfernt. Der Durchmesser der Kugeln kann gegenüber…
Zur AufgabeSchwingende Ladung (Abitur SL 1996 LK A1-3.1-3.4)
Abb. 1 Skizze zur AufgabeDie beiden punktförmigen Ladungen an den Orten A und B sind ortsfest und haben den gleichen positiven Wert \(Q\). In der…
Zur AufgabeAbb. 1 Skizze zur AufgabeDie beiden punktförmigen Ladungen an den Orten A und B sind ortsfest und haben den gleichen positiven Wert \(Q\). In der…
Zur AufgabePotenzial und Spannung im homogenen elektrischen Feld
Abb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
Zur AufgabeAbb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
Zur AufgabeArbeit und potenzielle Energie im homogenen elektrischen Feld
Abb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
Zur AufgabeAbb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
Zur AufgabeHomogenes elektrisches Feld
- Hat die elektrische Feldstärke \(\vec E\) in einem Raumgebiet immer die gleiche Richtung, die gleiche Orientierung und den gleichen Betrag, so sprechen wir von einem homogenen elektrischen Feld in diesem Raumgebiet.
- Wichtigstes Beispiel für ein homogenes elektrisches Feld ist das Feld im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten.
- Hat die elektrische Feldstärke \(\vec E\) in einem Raumgebiet immer die gleiche Richtung, die gleiche Orientierung und den gleichen Betrag, so sprechen wir von einem homogenen elektrischen Feld in diesem Raumgebiet.
- Wichtigstes Beispiel für ein homogenes elektrisches Feld ist das Feld im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten.
Entgegengesetzt geladene Platten
Zwei Kondensatorplatten mit einer Fläche von jeweils \(0{,}25\,{\rm{m}}^2\) stehen sich im Abstand von \(0{,}20\,\rm{mm}\) gegenüber. An die Platten…
Zur AufgabeZwei Kondensatorplatten mit einer Fläche von jeweils \(0{,}25\,{\rm{m}}^2\) stehen sich im Abstand von \(0{,}20\,\rm{mm}\) gegenüber. An die Platten…
Zur AufgabeLadung der Erde
Messungen zeigen, dass die Erdkugel als ganzes negativ geladen ist. Die resultierende Feldstärke, die man an der Erdoberfläche misst, beträgt im…
Zur AufgabeMessungen zeigen, dass die Erdkugel als ganzes negativ geladen ist. Die resultierende Feldstärke, die man an der Erdoberfläche misst, beträgt im…
Zur AufgabePotenzial
- Jedem Punkt \(\rm{P}\) eines elektrischen Feldes kann ein Potenzial \(\varphi_{\rm{P}_0} \left( \rm{P} \right)=\frac{{{E_{{\rm{pot}}{\rm{,}}{{\rm{P}}_0}}}\left( {\rm{P}} \right)}}{q}\) zugeordnet werden. Dieses Potenzial ist von der Größe und der Anordnung der felderzeugenden Ladung \(Q\) und der Wahl eines Bezugspunktes \(\rm{P}_0\) abhängig.
- Im COULOMB-Feld wählt man den Bezugspunkt des Potenzials unendlich weit von der felderzeugenden Ladung entfernt. Dann hat das Potenzial im Abstand \(r\) von der felderzeugenden Ladung den Wert \( {\varphi \left( r \right)} = \frac{1}{{4 \cdot \pi \cdot {\varepsilon _0}}} \cdot Q \cdot \frac{1}{r}\).
- Im homogenen elektrischen Feld (z.B. im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten) wählt man als Bezugspunkt des Potenzials die Oberfläche der negativ geladenen Platte. Dann hat das Potenzial im Abstand \(x\) von der negativ geladenen Platte den Wert \(\varphi \left( x \right) = E \cdot x\) bzw. \(\varphi \left( x \right) = \frac{1}{{{\varepsilon_0}}} \cdot \frac{{\left| Q \right|}}{A} \cdot x\).
- Jedem Punkt \(\rm{P}\) eines elektrischen Feldes kann ein Potenzial \(\varphi_{\rm{P}_0} \left( \rm{P} \right)=\frac{{{E_{{\rm{pot}}{\rm{,}}{{\rm{P}}_0}}}\left( {\rm{P}} \right)}}{q}\) zugeordnet werden. Dieses Potenzial ist von der Größe und der Anordnung der felderzeugenden Ladung \(Q\) und der Wahl eines Bezugspunktes \(\rm{P}_0\) abhängig.
- Im COULOMB-Feld wählt man den Bezugspunkt des Potenzials unendlich weit von der felderzeugenden Ladung entfernt. Dann hat das Potenzial im Abstand \(r\) von der felderzeugenden Ladung den Wert \( {\varphi \left( r \right)} = \frac{1}{{4 \cdot \pi \cdot {\varepsilon _0}}} \cdot Q \cdot \frac{1}{r}\).
- Im homogenen elektrischen Feld (z.B. im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten) wählt man als Bezugspunkt des Potenzials die Oberfläche der negativ geladenen Platte. Dann hat das Potenzial im Abstand \(x\) von der negativ geladenen Platte den Wert \(\varphi \left( x \right) = E \cdot x\) bzw. \(\varphi \left( x \right) = \frac{1}{{{\varepsilon_0}}} \cdot \frac{{\left| Q \right|}}{A} \cdot x\).
Kapazität des Plattenkondensators
- Die Kapazität eines Plattenkondensators (Flächeninhalt der (gleichgroßen) Platten \(A\), Plattenabstand \(d\), Dielektrikum mit relativer Dielektrizitätskonstante \({\varepsilon _r}\)) berechnet sich durch \(C = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _r} \cdot \frac{A}{d}\).
- Die Kapazität eines Plattenkondensators (Flächeninhalt der (gleichgroßen) Platten \(A\), Plattenabstand \(d\), Dielektrikum mit relativer Dielektrizitätskonstante \({\varepsilon _r}\)) berechnet sich durch \(C = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _r} \cdot \frac{A}{d}\).
Kondensator und Kapazität
- Ein Kondensator ist eine Anordnung von zwei Leitern, zwischen denen sich ein isolierendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum befindet.
- Legt man über die beiden Leiter eine Spannung an, dann befinden sich nach einiger Zeit auf den Leitern entgegengesetzte, betraglich gleich große Ladungen.
- Der Ladungsbetrag \(Q\), der sich auf dem Kondensator befindet, ist proportional zur Spannung \(U\), die über dem Kondensator anliegt: \(Q=C \cdot U\). Den Proportionalitätsfaktor \(C\) bezeichnet man als Kapazität des Kondensators.
- Ein Kondensator ist eine Anordnung von zwei Leitern, zwischen denen sich ein isolierendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum befindet.
- Legt man über die beiden Leiter eine Spannung an, dann befinden sich nach einiger Zeit auf den Leitern entgegengesetzte, betraglich gleich große Ladungen.
- Der Ladungsbetrag \(Q\), der sich auf dem Kondensator befindet, ist proportional zur Spannung \(U\), die über dem Kondensator anliegt: \(Q=C \cdot U\). Den Proportionalitätsfaktor \(C\) bezeichnet man als Kapazität des Kondensators.
Kondensatorformel - Formelumstellung
Um Aufgaben rund um den Kondensator zu lösen musst du häufig die Gleichung \(Q = C \cdot U\) nach einer Größe, die unbekannt ist, auflösen. Wie du das…
Zur AufgabeUm Aufgaben rund um den Kondensator zu lösen musst du häufig die Gleichung \(Q = C \cdot U\) nach einer Größe, die unbekannt ist, auflösen. Wie du das…
Zur AufgabeElektronenblitzgerät
Ein Elektronenblitzgerät enthält einen Kondensator mit der Kapazität \(1{,}00 \cdot {10^{-4}}\,{\rm{F}}\), der mit einer Spannung von…
Zur AufgabeEin Elektronenblitzgerät enthält einen Kondensator mit der Kapazität \(1{,}00 \cdot {10^{-4}}\,{\rm{F}}\), der mit einer Spannung von…
Zur AufgabeKapazität des Plattenkondensators - Formelumstellung
a) Berechne die Kapazität eines luftgefüllten Plattenkondensators, dessen Platten den Flächeninhalt…
Zur Aufgabea) Berechne die Kapazität eines luftgefüllten Plattenkondensators, dessen Platten den Flächeninhalt…
Zur AufgabeAbgeklemmte elektrische Quelle
An einen luftgefüllten Plattenkondensator mit der Plattenfläche von \(400\,\rm{cm}^2\) je Platte und dem Plattenabstand \(2{,}50\,\rm{mm}\) wird…
Zur AufgabeAn einen luftgefüllten Plattenkondensator mit der Plattenfläche von \(400\,\rm{cm}^2\) je Platte und dem Plattenabstand \(2{,}50\,\rm{mm}\) wird…
Zur AufgabeEnergie einer Gewitterwolke
Eine Wolke mit der Flächenausdehnung von \(100000\,\rm{m}^2\) befindet sich in der Höhe \(420\,\rm{m}\) über der Erdoberfläche. Zwischen der Wolke und…
Zur AufgabeEine Wolke mit der Flächenausdehnung von \(100000\,\rm{m}^2\) befindet sich in der Höhe \(420\,\rm{m}\) über der Erdoberfläche. Zwischen der Wolke und…
Zur Aufgabe