Big Bang Physik 6, Schulbuch

Felder  97 Das elektrische Feld  25  Gäbe es nämlich geschlossene Feldlinien, dann könnte man ein Perpetuum mobile erzeugen, und das ist ja leider unmöglich.  Info: Perpetuum mobile 1 Zusammenfassung Gleichnamige Ladungen stoßen einander ab, ungleichnami- ge ziehen einander an. Elektrische Feldlinien kreuzen einan- der niemals. Und sie sind niemals geschlossen, weil das den Energieerhaltungssatz verletzten würde. 25.3 Geraubte Elektronen Coulomb-Gesetz und elektrische Feldstärke Du weißt jetzt schon einiges über das elektrische Feld. Aber wie kann man die Kräfte zwischen Ladungen exakt berechnen? Darum geht es in diesem Abschnitt. Wir werden dabei die Ideen aus Kap. 22.1.3 (S. 73) erweitern. Wenn du was auslässt, fällt es runter – dein Alltag wird von der Wahrneh- mung der Gravitationskraft geprägt. Die elektrische Kraft nimmst du da- gegen kaum wahr. Und wenn, dann empfindest du sie wahrscheinlich als störend, etwa beim Ausziehen eines Pullovers (Abb. 25.13). Aber die elektrische Kraft wird sowohl in ihrer Wichtigkeit als auch in ihrer Stärke enorm unterschätzt. Die elek- trische Kraft bewirkt zum Beispiel, dass Elektronen und Protonen Z Was versteht man unter der Einheit Coulomb (C)? Welches ist die kleinste freie Ladung im Universum? Wie viele Elektronen ergeben zusammen 1 C? Wie viele Coulomb hat eine Batterie? Lies nach in Kap. 22.1.2 und 22.1.3 ab S. 72 unten. Würde sich die Welt sehr ändern, wenn es die elektri- sche Kraft nicht gäbe? Was wird von dieser Kraft und durch diese Kraft beeinflusst? Die Kraftgesetze für zwei Massen bzw. für zwei Ladungen sind sehr ähnlich (siehe Tab. 22.1, S. 73) und haben im Nenner den Faktor r 2 . Wieso? Nimm an, du könntest einem Kilogramm Eisen alle Elektronen entziehen und diese auf den Mond befördern (durchschnittliche Entfernung 384.000 km). Tippe, welche Kraft dann zwischen den beiden Teilen wirken würde: a) weniger als 1 Millionstel Newton, b) etwa 1N, c) etwa 10.000N oder d) mehr als 100 Millionen N? F8 W1 F9 E2  F10 E2  F11 S1 Abb. 25.13:  Eine der weni- gen Situationen, in denen man die elekt- rische Kraft direkt bemerken kann einander anziehen und somit Atome entstehen ( F9 ). Ohne elektrische Kraft gäbe es also gar keine Elemente. Außerdem beruhen auf ihr generell die Kräfte zwischen den Atomen (siehe Abb. 25.14) und somit die Festigkeit der Materie, also auch des Sessels, auf dem du sitzt, und des Bodens, auf dem du stehst. Abb. 25.14:  Die Kraft zwischen den Wassermolekülen (Kohäsionskraft), die die Tropfen rund macht, ist eine elektrische Kraft. Die Kraft zwischen Tropfen und Blatt (Adhäsionskraft) ist ebenfalls elekt- risch. Die elektrische Kraft hat zwar auf den ersten Blick für dich keine direkte Bedeutung, aber ohne sie wäre das Universum nur eine Ansammlung chaotisch umherschwirrender Ele- mentarteilchen oder Materieklumpen. Wie groß die Kraft zwischen zwei punktförmigen Ladungen ist, konnte der franzosische Physiker Charles Auguste Coulomb um 1776 auf experimentellem Weg ableiten. Nach ihm ist auch die Einheit für die elektrische Ladung benannt. Je nach Ladung können die Kräfte anziehend oder absto- ßend sein. Formel: elektrische Kraft (Coulomb-Gesetz) F E = ​  1 ____  4 p e 0 ​· ​  Q 1 Q 2 ____  r 2  ​ F E … elektrische Kraft [N] Q 1 und Q 2 … Ladung der Gegenstände [C] r … Abstand der Ladungen [m] ε 0 … elektrische Feldkonstante ε 0 = 8,8542 · 10 –12 As/Vm In Tab. 22.1, S. 73 siehst du die Gegenüberstellung von elek­ trischer Kraft und Gravitationskraft. Dort ist 4 p ε 0 zur Kon- stanten k zusammengefasst, um die Gegenüberstellung noch offensichtlicher zu machen. Es bestehen sehr viele Ge- meinsamkeiten, unter anderem auch die Abhängigkeit vom Abstand. Der große Unterschied: Ladungen können einan- der auch abstoßen, und die elektrische Kraft ist im Vergleich mit der Gravitation unfassbar groß.  Info: Umhüllte Ladung | -> S. 98  Info: Geraubte Elektronen | -> S. 98 Die elektrische Kraft zwischen zwei Ladungen hängt von der Größe beider Ladungen ab. Oft will man aber die Stärke des elektrischen Feldes einer einzigen Ladung angeben. Deshalb hat man den Begriff der elektrischen Feldstärke F Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv