Kapitel 3

Die Coulomb Kraft nimmt quadratisch ab, wenn die Distanz größer wird

Allerdings fällt sie niemals auf null, die elektrostatische Kraft wirkt folglich beliebig weit

e0 ist elektrische Feldkonstante

Das Coulombgesetz besagt, dass zwei punktförmige Ladungen q1 und q2 Kräfte aufeinander auswirken. Diese beiden entgegengesetzt wirkenden Kräfte heißen Coulombkräfte.

Anion = negativ geladen aufgrund der ganzen negativ geladenen Phophatgruppen

So ist die DNA auf- grund der vielen negativ geladenen Phosphatgruppen in ihrem Rückgrat ein Anion.

eine Probeladung wird mit einer bestimmten Kraft in eine bestimmte Richtung gebracht. Die elektrische Feldstärke gibt diese Wirkung für jeden Punkt im Feld an. Sie ist eine vektorielle Größe, besteht also aus einem Wert und einer Richtung

E= F/q

q0 ist die Probeladung

F die Kraft

Einheit ist Volt pro m

Wir wissen bereits, dass zwischen zwei geladenen Körpern die Coulombkraft FCFC wirkt.

Treten mehrere geladene Körper auf, ist die Berechnung der Coulombkräfte schwierig.

Zur Vereinfachung definiert man eine neue physikalische Größe elektrische Feldstärke als die Kraft, die auf eine Probeladung QQwirken würde, dividiert durch die Größe der Ladung:

Durch den Feldbegriff lassen sich elektrische Felder unabhängig von der Größe der Probeladung beschreiben.

VIele Ionen, der elektrische Felder sich massiv überlappen drängen sich auf kleinstem Raum, dennoch beeinflussen sich die Felder nicht gegenseitig. Die elektrische Feldstärke an einem Punkt im Raum ist dann die Summe aller einzelnen Feldstärken an dieser Stelle

Je größer die Ladung q, die wir im Feld verschieben, desto stärker ändert sich beim Verschieben die elektrische Energie des geladenen Teilchens. Wie groß die Energieänderung pro Ladung ist =Potentialdifferenz. Sie verrät uns welche Arbeit wir investieren müssen um eine Ladung von einem Coulomb von einem Punkt zu einem andern Punkt zu bekommen.

die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten

Einheit ist Joule durch Coulomb = Volt

Wenn die Ladungen getrennt werden, kann man so ein elektrisches. Man benötigt nur zwei Komponenten:

-ein System das elektrische Ladungen trennt

-ein System, das verhindert, dass die Ladungen einfach wieder zusammenfinden

Speziell für das elektrische Feld denken

wir uns zu diesem Zweck eine sogenannte Probeladung. Sie

ist so klein, dass sie das Feld nicht verändert, sondern nur

von ihm beeinflusst wird. Das Feld drängt die Probeladung

mit einer bestimmten Kraft in eine bestimmte Richtung.

Recht übersichtlich wird der Verlauf eines elektrischen Felds mithilfe elektrischer Feldlinien (Abbildung 3.3). Es handelt sich dabei um virtuelle Linien, die von positiven Ladungen ausgehen beziehungsweise auf negative Ladungen zulaufen und die Richtung der Kraft anzeigen, die das Feld auf eine positive Probeladung ausübt: von Plus zu Minus. Je enger die Feldlinien beieinander liegen, desto größer ist diese Kraft. Beginnen wir mit einer festen Zahl von Feldlinien, die gleich- mäßig verteilt von einer Punktladung ausstrahlen, sehen wir, dass ihre Dichte mit zunehmender Entfernung immer gerin- ger und folglich die Kraft immer schwächer wird, wie es auch das Coulomb’sche Gesetz (Gleichung 3.2) aussagt. Liegen mehrere Ladungen mit verschiedenen Vorzeichen dicht bei- einander, verschwinden manche Feldlinien nicht im Unend- lichen, sondern gelangen lediglich bis zum nächsten Nachbarn. Auf diese Weise ist die Zahl der Feldlinien, die aus der Distanz zu erkennen sind, vermindert, und die Ansammlung

F = Kraft

r= Abstand um den wir das Teilchen verschieben

q = Ladung

d= deutet an dass wir winzige änderungen nur haben

Verbinden wir in einem Feld die Punkte mit dem gleichen elektrischen Potenzial, erhalten wir die Äquipotenziallinien oder in drei Dimensionen die Äquipotenzialflächen.

Sie stehen senkrecht zu den Feldlinien und sind eine Art Maßstab für das Potenzial. Je stärker das elektrische Feld und je höher damit die Feldstärke ist, desto enger liegen die Äquipoten- ziallinien beieinander.

Leiter 1. Klasse wandern Elektronen, vor allem Metalle aber auch Grafit

Leiter 2. Klasse wandern Ionen

absoluten Temperatur T, die in der Einheit Kelvin (K = °C + 273,15)

Die Faraday-Konstante F = 9,64846 ∙ 104 C/mol

Permeabilitätskoeffizienten P

Kon- zentration des eingeklammerten Teilchens in mol/Liter oder kurz molar (M).

für eine einzige Ionensort

z = Anzahl der Ladungen die das einzelne IOn trägt

E = Feldstärke

U = Membranpotential

d= Dicke der Membran

Bei diesem technischen Bauteil handelt es sich um zwei elektrische Leiter (das wären bei der Membran die wässrigen Lösungen auf den beiden Seiten), die dadurch geladen werden, dass die Ladung q von einem Leiter auf den anderen übertragen wird (bei der Membran übernehmen das die Transportsysteme für die Ionen).

Wie viel Ladung u. damit auch wie viel Energie wir speichern können

q = Ladung

U = Membranpotential

Einheit der Kapatzität Coulomb pro Volt oder auch Farrad

d= Abstand

A = Fläche der Platten

epislon = elektrische Feldkonstante

1. große Membranfläche durch Faltung der Mitochondrien

2. Raum zwischen den beiden Leitern ist nicht mit Vakuum gefüllt, sondern mit isolierender Substanz -> schwächt elektrisches Feld ab, indem sie schwächeres elektrisches Feld entgegenrichten

   Der Faktor um den sie das elektrische Feld abschwächen ist die relative Dieelektrizitätskonstante

   Ein eingebrachtes Dielektrikum erfährt durch das elektrische Feld E eine dielektrische Polarisation. Zwischen den Kondensatorelektroden entsteht ein elektrisches Gegenfeld Epol. Bei konstanter Anfangsladung des Kondensators muss daher die Spannung Upol am Kondensator mit Dielektrikum sinken. Um wieder die Anfangsspannung U zu erreichen, muss dem Kondensator mit Dielektrikum mehr Ladung zugeführt werden. Mit dem Dielektrikum ist die Kapazität des Kondensators größer geworden.

größer

= I

wie viel Ladung wird pro Zeit verschoben

Einheit ist Amper oder auch Coulomb pro sekunde

-je mehr Ladung q jedes bewegliche Teilchen trägt;

-je höher die Konzentration c der beweglichen Ladungsträger wie Ionen oder Elektronen ist, da die Spannung ihre Kraft auf alle geladenen Teilchen ausübt;

-je schneller diese wandern, was wir mit der Geschwindig- keit qv ausdrücken.

-je größer die Fläche A ist, durch welche die Ladungen flie- ßen können, weil sich die Ladungen weniger gegenseitig

beeinflussen.

j = Stromdichte

q = ladung

v= Geschwindigkeit

A = Fläche

c= Konzentration

m = Masse

F = Kraft

q= Ladung

E = Energie

U = R*I

U = Spannung

I = Stromstärke

Allerdings hängt er von der Länge l und dem Querschnitt A des Leiters ab. Steht den Ladungsträgern eine größere Fläche zur Verfügung, können sie Hindernisse besser umgehen, und der Widerstand sinkt. Müssen sie einen längeren Weg zurücklegen, wächst die Zahl der Störungen an, wodurch der Widerstand ansteigt.

A= FLäche

l= Länge

R= Widerstand

zwei unterschiedliche Potentiale glechzeitig berühren u. den Stromkreis damit schließen

bei Wechselstrom ändert sich das Vorzeichen zyklisch, sodass es ausreicht mit einem einzelnen Leiter Kontakt zu haben, um im schnellen Wechsel mit positiven u. negativen Ladungen geflutet zu werden

U = Spannung

I =Stromstärke

Riskant sind vor allem hohe Gleichspannungen. Sehr kurze Kontakte von etwa einer Millisekunde Dauer rufen meist nur einen kurzen Muskelkrampf hervor und erschrecken lediglich, wie beispielsweise an elektrischen Weidezäunen, an denen durchaus Spannungen von 10 000 Volt anliegen können.

U+U

I1 = I2 = I gesamt

I1 + I2

U1 = U2

es kann keine Ladung mehr auf die Platten fließen - und auch nicht von ihnen herunter.

=> Ladungsmenge Q ist konstant.

wenn sich der Plattenabstand verdoppelt, halbiert sich die Kapazität C.

Wegen Q=C*U muss, sich daher die Spannung U verdoppeln.

(Beachte die Anzeige des Spannungsmessers!)

die elektrische Feldstärke E ist konstant.

(Überlege mit E=U/d , oder auch, weil die Ladungsmenge Q gleich bleibt.)

Kondensator bleibt mit der Quelle verbunden.

=> Spannung U bleibt konstant.

wird der Plattenabstand verdoppelt, so halbiert sich die Kapazität C.

Wegen Q=C*U halbiert sich also die Ladungsmenge Q auf den Platten.

die el. Feldstärke E geht ebenfalls auf die Hälfte zurück.

( E=U /d )

geringere Ladungsmenge Q bedeutet geringere Feldstärke E.