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Suchergebnisse 61 - 90 von 155

LORENTZ-Kraft

Grundwissen

  • Bewegen sich Ladungsträger senkrecht oder schräg zu einem Magnetfeld, so wirkt eine Lorentzkraft auf die Ladungsträger.
  • Die Kraftrichtung kann mit der Drei-Finger-Regel bestimmt werden.
  • Die Lorentzkraft wirkt auch auf freie Ladungsträger.

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  • Bewegen sich Ladungsträger senkrecht oder schräg zu einem Magnetfeld, so wirkt eine Lorentzkraft auf die Ladungsträger.
  • Die Kraftrichtung kann mit der Drei-Finger-Regel bestimmt werden.
  • Die Lorentzkraft wirkt auch auf freie Ladungsträger.

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Geladene Teilchen im magnetischen Feld (schräger Eintritt)

Grundwissen

  • Tritt ein geladenes Teilchen schräg zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetisches Feld ein, so durchläuft es im B-Feld eine Schraubenlinie.
  • Für den Radius der Schraubenlinie gilt \(r = \frac{{m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \sin \left( \alpha  \right)\)
  • Die Ganghöhe beträgt \(h = \frac{{2 \cdot \pi  \cdot m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \cos \left( \alpha  \right)\)

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  • Tritt ein geladenes Teilchen schräg zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetisches Feld ein, so durchläuft es im B-Feld eine Schraubenlinie.
  • Für den Radius der Schraubenlinie gilt \(r = \frac{{m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \sin \left( \alpha  \right)\)
  • Die Ganghöhe beträgt \(h = \frac{{2 \cdot \pi  \cdot m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \cos \left( \alpha  \right)\)

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Selbstinduktion und Induktivität

Grundwissen

  • Selbstinduktion ist die Induktionswirkung eines Stromes auf seinen eigenen Leiterkreis
  • Die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) ist proportional zur Änderungsrate \(\frac{dI}{dt}\)
  • Es gilt \(U_{\rm{i}}=-L\cdot \frac{dI}{dt}\), wobei \(L\) die sog. Induktivität ist

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  • Selbstinduktion ist die Induktionswirkung eines Stromes auf seinen eigenen Leiterkreis
  • Die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) ist proportional zur Änderungsrate \(\frac{dI}{dt}\)
  • Es gilt \(U_{\rm{i}}=-L\cdot \frac{dI}{dt}\), wobei \(L\) die sog. Induktivität ist

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Transformator

Grundwissen

  • Transformatoren arbeiten i.d.R. immer mit Wechselspannungen und basieren auf Induktion.
  • Transformatoren besitzen eine Primär- und eine Sekundärseite.
  • Man unterscheidet zwischen unbelastetem und belastetem Transformator.

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  • Transformatoren arbeiten i.d.R. immer mit Wechselspannungen und basieren auf Induktion.
  • Transformatoren besitzen eine Primär- und eine Sekundärseite.
  • Man unterscheidet zwischen unbelastetem und belastetem Transformator.

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Energieübertragung durch Hochspannung

Grundwissen

Zum Transport von elektrischer Energie über große Entfernungen werden Hochspannungsleitung genutzt. 

Durch den Nutzen hoher Spannungen kann der in den Leitung fließende Strom klein gehalten werden.

Hohe Spannungen reduzieren die Verlustleistung auf dem Transportweg.

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Zum Transport von elektrischer Energie über große Entfernungen werden Hochspannungsleitung genutzt. 

Durch den Nutzen hoher Spannungen kann der in den Leitung fließende Strom klein gehalten werden.

Hohe Spannungen reduzieren die Verlustleistung auf dem Transportweg.

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Glühelektrischer oder EDISON-Effekt

Grundwissen

  • Aus einer beheizten Glühwendel können Elektronen aus dem Metall austreten
  • Je größer die Heizspannung ist, desto mehr und desto schnellere Elektronen treten aus dem Metall aus

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  • Aus einer beheizten Glühwendel können Elektronen aus dem Metall austreten
  • Je größer die Heizspannung ist, desto mehr und desto schnellere Elektronen treten aus dem Metall aus

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Überlagerung elektrischer Felder

Grundwissen

  • Das E-Feld einer Ladungsanordnung ergibt sich aus der Überlagerung der Felder der Einzelladungen.
  • In jedem Raumpunkt werden die Feldstärkevektoren der Einzelfelder vektoriell addiert.

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  • Das E-Feld einer Ladungsanordnung ergibt sich aus der Überlagerung der Felder der Einzelladungen.
  • In jedem Raumpunkt werden die Feldstärkevektoren der Einzelfelder vektoriell addiert.

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Induktion und LORENTZ-Kraft

Grundwissen

  • Das Auftreten von Induktionsspannungen kann mithilfe der LORENTZ-Kraft erklärt werden
  • Ändert sich die von Magnetfeld durchsetzte Fläche einer Spule, so tritt Induktion auf
  • Eine Flächenänderung kann auch durch Rotation der Spule erreicht werden

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  • Das Auftreten von Induktionsspannungen kann mithilfe der LORENTZ-Kraft erklärt werden
  • Ändert sich die von Magnetfeld durchsetzte Fläche einer Spule, so tritt Induktion auf
  • Eine Flächenänderung kann auch durch Rotation der Spule erreicht werden

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Volumenänderung von Stoffen

Grundwissen

  • Die meisten Körper vergrößern bei Erwärmung ihr Volumen.
  • Die Volumenänderung ist bei Gasen größer als bei Flüssigkeiten und bei Flüssigkeiten größer als bei Festkörpern.
  • Wasser und Gummi verhalten sich in bestimmten Temperaturbereichen anders.

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  • Die meisten Körper vergrößern bei Erwärmung ihr Volumen.
  • Die Volumenänderung ist bei Gasen größer als bei Flüssigkeiten und bei Flüssigkeiten größer als bei Festkörpern.
  • Wasser und Gummi verhalten sich in bestimmten Temperaturbereichen anders.

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CELSIUS-Skala

Grundwissen

  • Zur objektiven Bestimmung der Temperatur wird häufig eine Skala mit der Einteilung Grad Celsius (\(^\circ\rm{C}\)) genutzt.
  • Der Schmelzpunkt des Eises wird als \(0\,^\circ\rm{C}\) festgelegt, der Siedepunkt des Wassers als \(100\,^\circ\rm{C}\).
  • Der hundertste Teil dieses Abstandes ist die Temperaturdifferenz \(1\,^\circ\rm{C}\).

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  • Zur objektiven Bestimmung der Temperatur wird häufig eine Skala mit der Einteilung Grad Celsius (\(^\circ\rm{C}\)) genutzt.
  • Der Schmelzpunkt des Eises wird als \(0\,^\circ\rm{C}\) festgelegt, der Siedepunkt des Wassers als \(100\,^\circ\rm{C}\).
  • Der hundertste Teil dieses Abstandes ist die Temperaturdifferenz \(1\,^\circ\rm{C}\).

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BROWNsche Bewegung und Innere Energie

Grundwissen

  • Die Atome eines Körpers sind auch ohne Krafteinwirkung von außen immer in Bewegung.
  • Einen Festkörper kannst du dir als Feder-Kugel-Modell vorstellen.
  • Die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien der Atome eines Körpers wird als innere Energie bezeichnet.

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  • Die Atome eines Körpers sind auch ohne Krafteinwirkung von außen immer in Bewegung.
  • Einen Festkörper kannst du dir als Feder-Kugel-Modell vorstellen.
  • Die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien der Atome eines Körpers wird als innere Energie bezeichnet.

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Temperaturumrechnung

Grundwissen

  • Für die Umrechnung von Kelvin in Grad Celsius subtrahierst du 273,15 und passt die Einheit an.
  • Für die Umrechnung von Grad Celsius in Kelvin addierst du 273,15 und passt die Einheit an.

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  • Für die Umrechnung von Kelvin in Grad Celsius subtrahierst du 273,15 und passt die Einheit an.
  • Für die Umrechnung von Grad Celsius in Kelvin addierst du 273,15 und passt die Einheit an.

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Fadenstrahlrohr

Grundwissen

  • Im Fadenstrahlrohr werden Elektronen in einer Elektronenkanone beschleunigt und treten senkrecht zu den Feldlinien in das homogene B-Feld eines Helmholtzspulenpaares.
  • Die Elektronen bewegen sich im homogenen B-Feld auf einer Kreisbahn mit \(r = \frac{{m_e \cdot v_0}}{{e \cdot B}}\)
  • Mit dem Fadenstrahlrohr kann die spezifische Elektronenladung \(\frac{e}{m_e}\) bestimmt werden.

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  • Im Fadenstrahlrohr werden Elektronen in einer Elektronenkanone beschleunigt und treten senkrecht zu den Feldlinien in das homogene B-Feld eines Helmholtzspulenpaares.
  • Die Elektronen bewegen sich im homogenen B-Feld auf einer Kreisbahn mit \(r = \frac{{m_e \cdot v_0}}{{e \cdot B}}\)
  • Mit dem Fadenstrahlrohr kann die spezifische Elektronenladung \(\frac{e}{m_e}\) bestimmt werden.

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WIENscher Geschwindigkeitsfilter

Grundwissen

  • Ein WIENscher Geschwindigkeitsfilter besteht aus einem homogenen elektrischen Feld und einem homogenen magnetischem Feld, die senkrecht zueinander stehen. Die Elektronen treten senkrecht zu beiden Feldern ein.
  • Nur wenn ein Elektron die passende Geschwindigkeit \(v=\frac{E}{B}\) besitzt, sind die elektrische Kraft und die LORENTZ-Kraft auf das Elektronen gleich groß und es passiert den Geschwindigkeitsfilter.

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  • Ein WIENscher Geschwindigkeitsfilter besteht aus einem homogenen elektrischen Feld und einem homogenen magnetischem Feld, die senkrecht zueinander stehen. Die Elektronen treten senkrecht zu beiden Feldern ein.
  • Nur wenn ein Elektron die passende Geschwindigkeit \(v=\frac{E}{B}\) besitzt, sind die elektrische Kraft und die LORENTZ-Kraft auf das Elektronen gleich groß und es passiert den Geschwindigkeitsfilter.

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Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation

Grundwissen

  • Man kann den Ort und den Impuls von Quantenobjekten gleichzeitig nicht beliebig genau bestimmen.
  • Das Produkt aus Orts- und Impulsunbestimmtheit kann nicht beliebig klein werden. Es gilt \(\Delta x \cdot \Delta {p_x} \ge \frac{h}{{4\pi }}\)
  • Damit sind auch klassische Bahnvorstellungen von Teilchen nicht mehr möglich.

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  • Man kann den Ort und den Impuls von Quantenobjekten gleichzeitig nicht beliebig genau bestimmen.
  • Das Produkt aus Orts- und Impulsunbestimmtheit kann nicht beliebig klein werden. Es gilt \(\Delta x \cdot \Delta {p_x} \ge \frac{h}{{4\pi }}\)
  • Damit sind auch klassische Bahnvorstellungen von Teilchen nicht mehr möglich.

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Gesetz von BOYLE und MARIOTTE

Grundwissen

  • Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einer konstanten Temperatur \(T\) gehalten, während sich der Druck oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isothermen Zustandsänderung der Gasmenge.
  • Bei derartigen isothermen Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) der Gasmenge umgekehrt proportional zum Druck \(p\)\[V \sim \frac{1}{p}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p \cdot V\;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2\]

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  • Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einer konstanten Temperatur \(T\) gehalten, während sich der Druck oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isothermen Zustandsänderung der Gasmenge.
  • Bei derartigen isothermen Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) der Gasmenge umgekehrt proportional zum Druck \(p\)\[V \sim \frac{1}{p}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p \cdot V\;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2\]

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Gesetz von GAY-LUSSAC

Grundwissen

  • Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einem konstanten Druck \(p\) gehalten, während sich die Temperatur oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isobaren Zustandsänderung der Gasmenge.
  • Bei derartigen isobaren Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) proportional zur Temperatur \(T\)\[V \sim T\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V}{T} \;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\]

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  • Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einem konstanten Druck \(p\) gehalten, während sich die Temperatur oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isobaren Zustandsänderung der Gasmenge.
  • Bei derartigen isobaren Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) proportional zur Temperatur \(T\)\[V \sim T\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V}{T} \;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\]

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Phasenübergänge

Grundwissen

  • Phasenübergänge sind zwischen allen Zuständen (fest. flüssig, gasförmig) möglich.
  • Bei Phasenübergängen muss Energie hinzugefügt werden bzw. wird Energie frei. Die Temperatur verändert sich dabei zunächst nicht.
  • Bei den Phasenübergängen verändern sich die Bindungen zwischen den Teilchen. Die potentielle Energie (Teil der inneren Energie) ändert sich hierbei

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  • Phasenübergänge sind zwischen allen Zuständen (fest. flüssig, gasförmig) möglich.
  • Bei Phasenübergängen muss Energie hinzugefügt werden bzw. wird Energie frei. Die Temperatur verändert sich dabei zunächst nicht.
  • Bei den Phasenübergängen verändern sich die Bindungen zwischen den Teilchen. Die potentielle Energie (Teil der inneren Energie) ändert sich hierbei

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Erster Hauptsatz der Wärmelehre

Grundwissen

  • Die innere Energie \(E_{\rm{i}}\) eines Systems kann durch Zufuhr oder Entzug von mechanische Arbeit \(W\) und/oder einer Wärmemenge \(Q\) erhöht oder verringert werden.
  • Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre lautet \(\Delta E_{\rm i} = W + Q\).

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  • Die innere Energie \(E_{\rm{i}}\) eines Systems kann durch Zufuhr oder Entzug von mechanische Arbeit \(W\) und/oder einer Wärmemenge \(Q\) erhöht oder verringert werden.
  • Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre lautet \(\Delta E_{\rm i} = W + Q\).

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Wärmeleitung

Grundwissen

  • Bei der Wärmeleitung bewegt sich nur die Wärme durch den Körper, die einzelnen Teilchen, aus denen der Körper besteht, bleiben dagegen an ihrem Platz
  • Wärmeleitung tritt deshalb meistens beim Wärmetransport in und zwischen Festkörpern auf
  • Metalle sind gute Wärmeleiter, Flüssigkeiten und Gase dagegen sind schlechte Wärmeleiter

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  • Bei der Wärmeleitung bewegt sich nur die Wärme durch den Körper, die einzelnen Teilchen, aus denen der Körper besteht, bleiben dagegen an ihrem Platz
  • Wärmeleitung tritt deshalb meistens beim Wärmetransport in und zwischen Festkörpern auf
  • Metalle sind gute Wärmeleiter, Flüssigkeiten und Gase dagegen sind schlechte Wärmeleiter

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Wärmemitführung

Grundwissen

  • Bei der Wärmemitführung (Wärmeströmung, Konvektion) bewegt sich die Wärme mit den einzelnen Teilchen, aus denen der Körper besteht, durch den Körper hindurch - es findet also auch ein Materietransport statt
  • Wärmemitführung tritt in der Regel nur in Flüssigkeiten und Gasen auf.

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  • Bei der Wärmemitführung (Wärmeströmung, Konvektion) bewegt sich die Wärme mit den einzelnen Teilchen, aus denen der Körper besteht, durch den Körper hindurch - es findet also auch ein Materietransport statt
  • Wärmemitführung tritt in der Regel nur in Flüssigkeiten und Gasen auf.

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Treibhauseffekt

Grundwissen

  • Man unterscheidet zwischen natürlichem und vom Menschen gemachten Treibhauseffekt.
  • Der natürliche Treibhauseffekt macht die Erde erst lebenswert.
  • Der menschengemachte Treibhauseffekt durch Ausstoß von Treibhausgasen sorgt für eine weitere Erderwärmung mit vielen negativen Folgen.

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  • Man unterscheidet zwischen natürlichem und vom Menschen gemachten Treibhauseffekt.
  • Der natürliche Treibhauseffekt macht die Erde erst lebenswert.
  • Der menschengemachte Treibhauseffekt durch Ausstoß von Treibhausgasen sorgt für eine weitere Erderwärmung mit vielen negativen Folgen.

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Ein- und Ausschalten von RL-Kreisen

Grundwissen

  • Insbesondere bei Ein- und Ausschaltvorgängen wird die Selbstinduktion deutlich
  • Strom- und Spannungsverlauf können mathematisch mittels \(e\)-Funktion exakt beschrieben werden

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  • Insbesondere bei Ein- und Ausschaltvorgängen wird die Selbstinduktion deutlich
  • Strom- und Spannungsverlauf können mathematisch mittels \(e\)-Funktion exakt beschrieben werden

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Modell der Elementarmagnete

Grundwissen

  • Modellhaft können wir ein Magneten immer weiter in Magnete zerteilen, bis wir kleinste, unteilbare Elementarmagnete haben. Auch diese haben jeweils Nord- und Südpol.
  • Mit Hilfe des Modells der Elementarmagnete kannst du viele Phänomene erklären: das Magnetisieren von Eisen, das  Entmagnetisieren durch Erhitzen und das Entmagnetisieren durch Erschütterung.

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  • Modellhaft können wir ein Magneten immer weiter in Magnete zerteilen, bis wir kleinste, unteilbare Elementarmagnete haben. Auch diese haben jeweils Nord- und Südpol.
  • Mit Hilfe des Modells der Elementarmagnete kannst du viele Phänomene erklären: das Magnetisieren von Eisen, das  Entmagnetisieren durch Erhitzen und das Entmagnetisieren durch Erschütterung.

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Ausbreitung Elektromagnetischer Wellen

Grundwissen

  • Man unterscheidet bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen zwischen Nahfeld und Fernfeld.
  • Das Nahfeld ist in unmittelbarer Nähe zur Quelle/Antenne.
  • Im Fernfeld schwingen elektrisches und magnetisches Feld in Phase.

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  • Man unterscheidet bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen zwischen Nahfeld und Fernfeld.
  • Das Nahfeld ist in unmittelbarer Nähe zur Quelle/Antenne.
  • Im Fernfeld schwingen elektrisches und magnetisches Feld in Phase.

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Elektrische Energie im geladenen Kondensator

Grundwissen

  • Kondensatoren sind in der Lage elektrische Energie zu speichern.
  • Ist ein Kondensator der Kapazität \(C\) mit einer Spannung \(U\) aufgeladen und trägt die Ladung \(Q\), dann gilt für die im Kondensator gespeicherte elektrische Energie \({E_{{\rm{el}}}} = \frac{1}{2} \cdot Q \cdot U = \frac{1}{2} \cdot C \cdot {U^2} = \frac{1}{2} \cdot \frac{{{Q^2}}}{C}\) 

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  • Kondensatoren sind in der Lage elektrische Energie zu speichern.
  • Ist ein Kondensator der Kapazität \(C\) mit einer Spannung \(U\) aufgeladen und trägt die Ladung \(Q\), dann gilt für die im Kondensator gespeicherte elektrische Energie \({E_{{\rm{el}}}} = \frac{1}{2} \cdot Q \cdot U = \frac{1}{2} \cdot C \cdot {U^2} = \frac{1}{2} \cdot \frac{{{Q^2}}}{C}\) 

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Kraft auf stromführende Leiter im Magnetfeld

Grundwissen

  • Auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld wirkt im Allgemeinen eine Kraft.
  • Die Kraftrichtung kannst du mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand bestimmen.
  • Wenn Stromrichtung und Magnetfeldrichtung parallel bzw. antiparallel verlaufen, wirkt keine Kraft.

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  • Auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld wirkt im Allgemeinen eine Kraft.
  • Die Kraftrichtung kannst du mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand bestimmen.
  • Wenn Stromrichtung und Magnetfeldrichtung parallel bzw. antiparallel verlaufen, wirkt keine Kraft.

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Feldlinien

Grundwissen

  • Elektrische Feldlinien veranschaulichen modellhaft die Struktur des E-Feldes.
  • Je dichter die Feldlinien, desto stärker das E-Feld.
  • Elektrische Feldlinien zeigen immer in die Richtung der Kraft auf einen positiv geladenen Probekörper.

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  • Elektrische Feldlinien veranschaulichen modellhaft die Struktur des E-Feldes.
  • Je dichter die Feldlinien, desto stärker das E-Feld.
  • Elektrische Feldlinien zeigen immer in die Richtung der Kraft auf einen positiv geladenen Probekörper.

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Ladung und Strom - Fortführung

Grundwissen

  • Die Fläche im Zeit-Stromstärke-Diagramm entspricht der geflossenen Ladungsmenge \(\Delta Q\).
  • Somit kann auch die geflossene Ladungsmenge bei variabler Stromstärke \(I\) ermittelt werden.

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  • Die Fläche im Zeit-Stromstärke-Diagramm entspricht der geflossenen Ladungsmenge \(\Delta Q\).
  • Somit kann auch die geflossene Ladungsmenge bei variabler Stromstärke \(I\) ermittelt werden.

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Wechselstromwiderstände

Grundwissen

  • Der Wechselstromwiderstand eines Elementes ist der Quotient aus Effektivspannung und Effektivstrom: \(X=\frac{U_{\rm{eff}}}{I_{\rm{eff}}}\)
  • Man unterscheidet zwischen Wechselstromwiderständen an ohmschen Leitern \(X_R\), an Kondensatoren \(X_C\) und an Spulen (Induktivitäten) \(X_L\).
  • Dabei gilt \(X_R=\frac{\hat U}{\hat I}\), \({X_C} = \frac{1}{\omega \cdot C}\) und \({X_L} ={{\omega \cdot L}}\)
  • Zusätzlich verursachen Kondensator und Spule eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom.

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  • Der Wechselstromwiderstand eines Elementes ist der Quotient aus Effektivspannung und Effektivstrom: \(X=\frac{U_{\rm{eff}}}{I_{\rm{eff}}}\)
  • Man unterscheidet zwischen Wechselstromwiderständen an ohmschen Leitern \(X_R\), an Kondensatoren \(X_C\) und an Spulen (Induktivitäten) \(X_L\).
  • Dabei gilt \(X_R=\frac{\hat U}{\hat I}\), \({X_C} = \frac{1}{\omega \cdot C}\) und \({X_L} ={{\omega \cdot L}}\)
  • Zusätzlich verursachen Kondensator und Spule eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom.

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