Big Bang HTL 3, Schulbuch

Elektrisches Feld 4 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 41 Weil die Außenseite eine Äquipotenzialfläche ist, könnte man in Abb. 4.27 e den Innenraum des Leiters weglassen, ohne dass sich das Feld verändert. Der Leiter könnte sogar aus einer Art Gitter bestehen und wäre innen immer noch feldfrei. So ein geschlossenes Gitter nennt man einen Fa- raday-Käfig. Auch jedes Auto und jeder Zug schützt daher vor einem Blitzeinschlag (Abb. 4.28). Auch in Flugzeugen sind die Menschen geschützt. Allerdings fließt in der Flugzeug-Außenhaut Strom, und dieser könnte im schlimmsten Fall die Bordelektronik lahm legen. Moder- ne Flugzeuge sind dagegen aber sehr gut abgesichert. Je größer die Löcher des Käfigs werden, desto schlechter wird der Schutz. Ein völlig offenes Cabrio schützt daher kaum. Zusammenfassung Bringt man einen Leiter in ein elektrisches Feld, entsteht an seiner Außenseite eine Äquipotenzialfläche, wodurch das Innere feldfrei wird. Deshalb schützen geschlossene Metall- käfige zuverlässig vor Blitzen. 4.6 Ein gerollter Sandwich Der Kondensator Energie lässt sich auf verschiedene Arten speichern. Du kannst eine Metallfeder oder einen Bogen spannen oder dieses Buch in die Höhe heben. Auch in Kondensatoren kann man Energie speichern, und zwar elektrische. Sie sind aus dem Alltag gar nicht wegzudenken. ?: Fragebox Perpetuum mobile 2 Nimm an, durch das Innere eines Leiters führt doch eine Feldlinie (Abb. 4.29). Ein Elektron würde durch die elektri- sche Kraft von 1 nach 2 beschleunigt und Energie gewinnen (a). Weil außen eine Äquipotenzialfläche ist, könnte man die Ladung ohne Energieaufwand wieder zurückschieben (b) und so weiter. Man könnte somit aus dem Nichts beliebig viel Energie gewinnen, und das verbietet leider wieder ein- mal der Energieerhaltungssatz (siehe auch Infobox Perpe- tuum mobile 1, S. 35). i Abb. 4.29: Wäre das Innere nicht feldfrei, könnte man beliebig viel Energie gewinnen. Z Abb. 4.31: a) Um Platz zu sparen werden Plattenkondensatoren meisten eingerollt. b) gängige Kondensatorformen Die einfachste Bauform eines Kondensators ist der Platten- kondensator. Er besteht aus zwei parallelen leitenden Platten (wie in Abb. 4.30). In der Praxis verwendet man aber eine Art Sandwich aus Metallfolien und Isolatoren und rollt (Abb. 4.31 a). Nach den Widerständen sind solche Bauteile am häufigsten in elektronischen Geräten zu finden. Abb. 4.32: Das elektrische Feld zwischen den Platten eines Kondensa- tors: Je mehr Ladungen auf den Platten sind, desto größer wird die Spannung zwischen diesen. Das Feld zwischen den geladenen Platten ist mit Ausnahme des Randes homogen (Abb. 4.32 a). Weil der Rand im Ver- gleich mit der Plattenfläche nicht ins Gewicht fällt, können wir ihn bei unserer Überlegung vernachlässigen. Wenn man die Anzahl der Ladungen auf den Platten verdoppelt, dann verdoppelt sich die Anzahl der Feldlinien (b) und somit auch die Spannung. Der Quotient von Ladung und Spannung ist also für einen bestimmten Kondensator immer gleich groß. Man nennt ihn die Kapazität des Kondensators, das bedeu- tet Speichervermögen. Sie trägt zu Ehren M ICHAEL F ARADAYS (Abb. 5.25, S. 50) die Einheit Farad. Was ist etwa 7 mal 12 cm groß, wird von dir jeden Tag benutzt und besitzt rund 100 Kondensatoren? Was versteht man unter elektrischer Polarisation? Lies nach in Kap. 16.1.4, NAWI 1. Ein Defibrillator hat einen Akku: Trotzdem hat er eine Leistung von unglaublichen 70.000 W! Wie geht das? Du hast eine positiv und eine negativ geladene Platte und entlädst diese mit einem Funken (Abb. 4.30 a). Nun lädst du die Platten noch mal gleich stark auf, ziehst sie aber vor dem Entla- den auseinander (b). Ist der Funke nun gleich stark, stärker oder schwächer? Und warum? F18 A2 F19 A1 F20 A2 F21 A2 Abb. 4.30 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv