PHYSIK 2
Technische Universität München
Physik B.Sc.
,1. Elektrostatik
# >0 FO
1 1 Elektrische
Ladungen
.
= -
>
# + E = Et
-
ERHALTUNG :
Die
Gesamtmenge der in einem Prozess erzeugten Ladung ist Null .
Stund
Konvention
ABSTOBUNG :
Gleiche
Ladungen stoßen sich ab
#Home sind
Lektrisch neutral (Moleküle wie HO sind v .
U innerlich
polar
O
Ladung wird
übertragen Ladun
G
wird
polarisiert kein Kontakt
↓
durch AUFLADEN (Kontakt durch INFLUENE
durch
Colombsches Gesetz
#
S
#chungskraft
vgh .
Gravitations- Ladungen
gesetz
mit [5]
=
1= und
q
=
ne
Verhältnis zwischen FaundFc mit C =
As ;
N = , v = Jc
;
F =
=Ge 1039 Mp
.
ME
elektrizitätskonstante
Eo 854 70As' keg = 8 .
....
"
m
3
Elementarladung10-19C
F
. Fa kann
vernachlässigt werden bei der
1 6021 e = ....
teilchen
,
Betrachtung vo n Elementar
.2
1 Das elektrische Feld Er) : von Q zu
Punktladung a
bei
Coulombwechselwirkun
Ladungen Das elektrische Feld
mehreren E beschreibt
9
·
den Zustand des Raumes ,
der
durch ein
Syste vo n
Punktladungen
hervorgerufen wird .
F E
9.
=
(r)
= =
=
Summe der E-Felder aller
Teilladungen
mit [E] =
* = = = r
im Volumen
Kontinuierliche
Ladungsverteilung
der
in
Raumladungsdichte
ninladungsdichter
por
Sc ↳ #
↳
#
Gesamtladungs
geladene
Platte
L
Gesamtladung
-
ge-
Q
↳
=
Excr) de
Gesamtladung -
Schade
= SdV =
,#
Feldlinien 1
Ei
Kraft wirkt radial DIPOL
#70
Qt Q
- in
Richtung einer
-- Probeladung
~ -
9
(! )
positiver Festladung
# -
>
senkrecht auf der
stehen immer geladenen Oberfläche E )
= (F)
LADUNGSRING Q
Gesamtladung verteilt auf Esta
-
mit
Linienladungsdichte 1 = Q/25
# ↳
E azys
de
dE
=
=
dEX hebt sich für alle de
Symetriegründen auf
aus
für a : E = aus
großer Entfernung verhält
*
sich
Ladungsring
wie eine
Punktladung
GELADENE SCHEIBE Flächenladungsdichte = PLATTENKONDENSATOR
und dQ =
Gastr .
dr
Coloumb-Wechselwirkung
- zwischen und dQ
9
dE =
A sind
For ER2 --2f über a = 0 ...: h =
d .
cos 2 ,
E
h
=
r
=
.
tana ;
S
.
const
=K
Wird Volumen innerhalb eines elektrischen Felds gebracht , erzeugt dieses
ein
durch Influenz und
Gegenladungen kompensiert somit das elektr Feld .
immeren des Volumens
Elektrischer Fluß -
Übertragung
einem
des
Punkt
elektrischen Kraftfeldes
zum anderen
vo n
F
⑧
dE G ESAMT FLUSS Feldlinien
=
an
(Ed
.
dA =
Ex dA
durch eine Fläche A
Fe ( [Bel] m2
-
mit N .
dA
= .
=
mit dA =
r2dS2 durchebene Flache
:
/EllAlcosO
e ExA
= =
= (dr =
mum
WivE
=E So
Gauß
=
Satz von Ed = Jar =
Tes
↓
Die Differenz aus
Durchkossene
der Anzahl der auf abesamtladung
Fläche
His ~ 55 e
eine Ober fläche verlassenden und d e r
= =
eintretenden Feldlinien ist
Elektrische
i n Sie
propotional zu der vo n
eingeschlossenen Gesamtladung
der Fläche
Flussdickte :
,.3
1 Elektrostatisches Potential -
potentielle Energie pro Ladungseinheit
Edi i Ecr)
Ein elektrisches Feld
W =
dr
g
=
verrichtet Arbeit ,
indem
es die Positive Ladung
vo n Punkt A nach B Betrachten im Feld vo n Q : Das elektr Feld ist Konservativ !
g
.
verschiebt .
(d k. .
das
Integral ist
negunabhängig)
(
= Er) =
- >
-
T > Tz Definition :
di
Elektr .
Energie einer Ladung Sendliche Potentialdifferenz
DD =
Po-0 =
-Edr
Ex
Zwischen zwei Punkten
P(r) 9 = .
Für Feldstärke E
homogen
:
# L
UBA Pa -
0x =
- Eds
#BA
=
E-d = -
mit d BA
Die
=
Potential differenz !
Spannung ist
Potentialdifferenz
=
(E] =
- =
[U] V = 7 m
=
E
=> =
dd
=
= -Ed
Energieeinheit 1eV-Energie , die ein
2-gewinnt ,
wenn es die Potential differenz von
1V durchläuft
1ev =
1, 6 .
10-19] (siehe
Umrechnungen in der Formelsammlung)
-ECr) =alles
Poisson-Gleichung
I I
-
() =
= lace-Gleichung
- for 9 =
0
Ladungsfreier Raum : Xp = 0 !
T
s
HOHLRUGEL
Äquipotentialflächen
I
Es
stehen normal/senkrecht
auf den Feldlinien
E(r)
-
+
2e
Wir
+ +
Mit PCr) =
const
außen (R )
.
:
=T Ed
#
Potential :
P(r) =
Yateor
außerhalb r > R : E(r) =
EP(r)
innerhalb < R : SEdA =
0 /Ed =
const
PLATTENKONDENSATOR
;
= E =
0 und D = const
#EdA2EA
( .
Edv =
/S av Referenzpotential =
R : D =
Q/IEoR
Das gilt auch für eine leitende
Gaußsches Gesetz=
(d) !
Vollkugel Alle Ladungen
Ran d.... am
↳ da sonst Ladungen
nicht
leitfähig ,
an der Oberfläche
, VOLLKUGEL- homogene Ladungsverteilung
=Erz
#
I =Re zur außerhalb a
Eli for innerhalb <R
q
=
yv =
a +
= = =ri er
E
außer :
Da Er) dr rar
=
Potential
innen :
D := (ECr) do =
Jors dr =
Preferenze = -
mit Dres =
3Q/EEoR
LINIENLADUNG mit
Linienladungsdichte 1 :
Q/L ;
Fluß durch Zylinder Mankl r > R
D
mit &EdA =
IEl .
zur-L
= r
und
[Eav = (1dL = AL
1 4 .
Multipole E
=
=
-Ep(r) =
-5 (
(F)
Der elektrische Dipol (3 5 (5 . 1 p .
.
+
o
mit (.) p und 5(s) = = -
F
=
o
=>
E(r) - so (- F . )
=
=
Ers (3/picoso
X -
mit
Diploment a e
Ecr) =
-
p)
F
Drehmoment M
= x E Max Epot bei ThE
sis pie bei ↑E
-
amung min Epot
=
[F =
⑧
rot
-1) El -J E
=
. cost = .
·
F QE(r) QE(F d) Ausrichtung
+
=>
-
=
+
~ -
QE(r) +
Q[E(r) + E(r)] Ein
Richtung der Feldlinien)
und
Anziehung
= QE =
(p . )E
#
Multipol entwicklung Beispiel : H20
2
Dipole Pges = E + P2
o
-
Mit 6 152 10-30 Cr
p
= .
,
Monopol +
Dipolen-Quadropol = 1
,
84D
(Debyel
t 00
0 Qgesart 0 kein Monopol
3
= =
-
+ +
⑦
-
Pre Dar Da s
Sladungsdichte Beispiel0 CO2 :
Pges 0 kein
Dipol
D
=
↑ E kein Mon eine
1
Armstrong =
17 =
10 m