Big Bang HTL 3, Schulbuch

Elektrisches Feld 4 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 39 gleicher potenzieller Energie zu verschieben, benötigt man keine Energie (Abb. 4.23, F13 ). Das ist damit vergleichbar, dass man eine Masse auf gleicher Höhe um einen Berg herumrollt. Info: CLIL – Thundercloud Abb. 4.23: Zwei verschiedene Darstellungen, um F13 aufzulösen: Um die Ladung nach b zu schieben, muss ein „elektrischer Höhenun- terschied“ überwunden werden. c liegt auf demselben Energieni- veau wie a. Die Ladung wird quasi auf gleicher Höhe um den Berg geschoben. In Kap. 4.3 (S. 35) hast du gehört, dass man die elektrische Feldstärke in N/C angibt. Eine andere Möglichkeit ist die Angabe in V/m. Beide Angaben sind überraschenderweise gleichwertig. Je größer die elektrische Feldstärke, desto mehr Kraft ist notwendig, um eine Ladung eine bestimmte Strecke gegen das Feld zu verschieben. Auch das kann man am besten mit dem „elektrischen Höhenunterschied“ ver- stehen (siehe Abb. 4.24). Info: Jonglieren mit Einheiten Info: Hai Info: Zitteraal -> S. 40 CLIL – Thundercloud How can people stand under thunderclouds without anything happening to them? The electric field between the cloud and the ground is almost homogeneous and resem- bles that of a plate capacitor (see Section 4.20 a, see Section 4.6). But because human skin is an electrical conductor, the electric field distorts, and an equipotential surface (b) is formed. There is therefore no potential difference between the feet and head ( F12 )! Exercise: What would you do if a thunderstorm surprised you on a meadow? i Fig. 4.22: The electric field is distorted by a person because human skin is a conductor. The field lines are normal to the surface oft he skin (see also section 4.5). Abb. 4.24: Je größer die Zentralladung, desto höher der Potenzialberg, desto größer der „elektrische Höhenunterschied“, desto steiler der Anstieg (entspricht V/m), desto mehr Kraft wird benötigt (entspricht N/C). Jonglieren mit Einheiten Die elektrische Feldstärke kann sowohl in N/C als auch in V/m angegeben werden. Verblüffend! Um das nachzuvoll- ziehen, brauchen wir folgende Größen und Einheiten: Kraft F = m · a [ F ] = N = kgm/s 2 Arbeit W = F · s [ W ] = J = kgm 2 /s 2 Ladung Q = W / U [ Q ] = C = J/V = kgm 2 /s 2 V Jetzt braucht man nur noch einzusetzen und wegzukürzen: [ E ] = N __ C = kgm ____ s 2 _____ kgm 2 ____ s 2 V = V __ m i Hai Das Nervensystem aller höheren Tiere basiert auf Elektri- zität. Haie können Futterfische anhand deren elektrischer Felder ausmachen. Sie sind etwa in der Lage, 0,5µV/m wahrzunehmen. Das entspricht der Feldstärke einer 1,5-V- Batterie, deren Pole sich unfassbare 3000 km auseinander befinden! Mit diesen feinen Sinnen spüren Haie im Meeres- sand verbuddelte Fische auf – aber auch mit Begeisterung alte Batterien ( F14 ). i Abb. 4.25: Haie verfügen am Kopf über extrem sensible Elektrorezepto- ren, die Lorenzini’schen Ampullen , hier als schwarze Punkte zu sehen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv