Sexl Physik 7, Schulbuch

| 54 1.1 Felder übertragen Kräfte Experiment: Ladungstrennung 54.1 Du brauchst: Zwei Stück Kunststofffolie Was ist zu tun: Presse beide Folien fest aneinander und ziehe sie dann rasch von ein- ander ab. Bringe sie danach ohne gegenseitige Berührung einander wieder näher. Was beobachtest du? Wie wird die Kraft zwischen Ladungen übertragen? Aus unserer Alltagserfahrung glauben wir zu wissen, dass ein materieller Kontakt notwendig ist, um Kräfte zu übertragen. Das Experiment mit den Folien zeigt uns, dass ein direkter Kontakt nicht notwendig ist ( 54.2 ). Die historische Entwicklung des Feldbegriffes Ein wesentliches Ziel der Physik ist es, die grundlegenden Wechselwirkungskräfte in der Natur zu erforschen. Wir haben Gravitationskräfte und elektrische Kräf­ te kennen gelernt und erfahren, dass diese Kräfte auch über große Entfernungen wirken. Bisher haben wir nicht darüber gesprochen, wie das zu erklären ist. i Saac n ewton (1642–1727) wurde belächelt, als er erklärte, dass Gravitationskräfte zwi­ schen Mond und Erde wirken, ohne dass es eine direkte Verbindung zwischen die­ sen Körpern gibt. Er postulierte in seinem universellen Gravitationsgesetz die ver­ zögerungsfreie Ausbreitung der Schwerkraft zwischen Sonne und Planeten durch den leeren Raum hindurch, ohne eine Annahme zu treffen, wie dies physikalisch erfolgen könnte. Erst der englische Physiker M ichael f araday (1791–1867) fand eine bis heute gülti­ ge Beschreibung, wie elektrische Kräfte übertragen werden. Nach seiner Vorstel­ lung wird der gesamte Raum durch das Vorhandensein von elektrischen Ladungen in seinen physikalischen Eigenschaften verändert. Er trägt ein elektrisches Feld ( 54.4 ). Die vorhandenen Ladungen sind die Ursache des elektrischen Feldes , man nennt sie auch die Quellen des Feldes. Sie rufen in ihrer Umgebung elektrische Kraft­ wirkungen hervor: Wenn man einen weiteren geladenen Körper in das Feld bringt, dann wirkt in jedem beliebigen Ort auf ihn eine elektrische Kraft. J aMeS c lerk M axwell (1831–1879) baute Faradays Vorstellungen aus. Er konnte vorhersagen, dass sich elektrische und magnetische Felder im leeren Raum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Wenn daher eine Quelle des Feldes bewegt wird, so zeigt sich die Änderung des Feldes an einem anderen Ort erst später. h einrich h ertz (1857–1894) konnte dies im Jahr 1886 experimentell bestätigen. Das Feld­ konzept hatte sich damit in der Physik endgültig durchgesetzt. Analog wird die gegenseitige Anziehung von Körpern durch ein Gravitationsfeld erklärt, dessen Ursache die Massen der Körper sind. Die Relativitätstheorie Albert Einsteins betrachtet das Feld als eine fundamentale Struktureigenschaft von Raum 1 Elektrisches Feld In diesem Kapitel erfährst du − wie Kräfte zwischen elektrischen Ladungen wirken, − wie Felder Kräfte übertragen, − wie sich Felder sich im Raum ausbreiten, − was man unter der elektrischen Spannung versteht, − welche wichtige Rolle elektrische Felder für die belebte und unbelebte Natur spielen. 54.1 Blitze faszinieren immer – als Gewitter in der Natur oder als Vorführung im Museum. Wie entstehen sie? 54.2 Elektrische Kräfte wirken auch ohne Kontakt zwischen Körpern 54.3 M ichael F aRaday (1791–1867) führte die Begriffe elektrisches und magnetisches Feld ein. Er entdeckte die Induktion und fand die Gesetze der Elektrolyse. 54.4 Faraday sah in den Feldlinien den Mechanismus zur Übertragung von Kräften. Das Bild zeigt Feldlinien zwischen einer posi- tiven und einer negativen Ladung. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv