Big Bang HTL 3, Schulbuch

Elektrisches Feld 4 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 37 Experiment: Influenzmaschine Info: ISS Formel: elektrische Feldstärke E = 1 ____ 4 π ε 0 Q 1 __ r 2 E = F E __ Q 2 E … elektrische Feldstärke [N/C] = [V/m] F E … Kraft auf die Probeladung Q 1 …. Zentralladung Q 2 … „Testladung“ ε 0 = 8,8542·10 –12 As/Vm Zusammenfassung Die Kraft zwischen zwei Ladungen lässt sich mit dem Coulomb-Gesetz berechnen. Es ist dem Gravitationsgesetz sehr ähnlich. Die elektrische Kraft ist allerdings unglaublich groß. In der Gleichung der elektrischen Feldstärke kommt nur eine Ladung vor. Das Ergebnis ist daher unabhängig von der Größe einer möglichen zweiten Ladung. Geraubte Elektronen Mit welcher Kraft ziehen einander die geraubten Elektronen am Mond und das auf der Erde zurückgebliebene Masse- stück an ( F11 )? Um das zu berechnen, müssen wir zuerst die Gesamtladung der Elektronen ermitteln. Eisen hat eine Atommasse von 55,8 u. Ein Mol Eisen (= 6 · 10 23 Teilchen) hat daher eine Masse von 55,8g. Somit besteht 1 kg Eisen aus 17,9 Mol und hat 1,08 · 10 25 Atome. Eisen hat im Periodensystem die Ordnungszahl 26 und daher auch ebenso viele Elektronen. 1 kg Eisen hat daher 2,8 · 10 26 Elektronen. Ein Elektron hat eine Ladung von 1,6 · 10 –19 C. Die Elektronen, die man 1 kg Eisen entnehmen kann, haben daher eine Gesamtladung von 4,5 · 10 7 C. Diese Ladung können wir nun ins Coulomb-Gesetz einsetzen. Der Abstand zwischen Erde und Sonne beträgt im Mittel 384.000 km oder 3,84 · 10 8 m. Wenn man ins Coulomb-Gesetz einsetzt, erhält man unfassbare 1,2 · 10 8 N. Das sind also mehr also 100 Millionen Newton! Wer hätte das gedacht? Die elektrische Kraft ist um den Faktor 10 36 größer als die Gravitationskraft (Tab. 4.2)! i Abb. 4.16: Wie groß ist die elektrische Kraft? F Z Influenzmaschine Eine Influenzmaschine (Abb. 4.17) erzeugt statische Elektri- zität von sehr hoher Spannung und ziemlich geringer Strom- stärke. Auf zwei Scheiben, die sich in geringem Abstand befinden und in die Gegenrichtung rotieren, befinden sich Zinnfolien . Auf den beiden Glassäulen befinden sich kugel- förmige Konduktoren (Abb. 4.18) zur Ladungsaufnahme, die mit einem mit Saugbüschel versehenen Arm die Ladung von den Zinnbelägen absaugen. Jede Scheibe besitzt einen Konduktor mit zwei Metallbüscheln. Beim Drehen der Scheibe passiert Folgendes: Ist irgendein Zinnbelag zufällig elektrisch negativ geladen, so erregt er in einem an ihm vorbeirotierenden Belag der hinteren Scheibe durch Influenz positive Ladung, die durch Abfließen der Elektronen über die Bürsten in den Konduktor kommt. Bei weiterer Drehung induziert diese positive Ladung der hinte- ren Scheibe auf den Stanniolstreifen der vorderen Scheibe negative Ladungen, die durch Elektronenfluss über die Bürsten aus dem vorderen Konduktor kommt. Durch die versetzte Anbringung der Bürsten schaukelt sich das gegen- seitige Aufladen immer mehr auf. Diese Ladung sammelt sich in den Konduktoren und den beiden Leidener Flaschen, bis ein Funke überspringt (Abb. 4.18). Entferne die beiden Konduktoren immer mehr voneinander, und erzeuge dadurch immer größere Funken. Schätze die dazu nötige Spannung ab. Aus Faustregel gilt, dass die Span- nung zur Erzeugung eines Funken 1000 V pro mm beträgt. e Abb. 4.17: Influenzmaschinen gibt es seit Ende des 18. Jh. Abb. 4.18 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv