Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Die elektrische Stromstärke I ist die gesamte elektrische Ladungsmenge, die pro Zeitein- heit durch eine Querschnittsfläche fließt. Die Einheit der Stromstärke, eine Basiseinheit im SI, ist das Ampere ( A ). Das Ampere wird über die magnetische Wirkung des elekt- rischen Stroms definiert: Wenn ein Strom von 1 A durch zwei unendlich lange, gerade parallele Leiter mit einem Ab- stand von 1m fließt, dann wirkt zwischen den Leitern je Meter Leiterlänge eine Kraft von 2·10 ‒ 7 N . Die elektrische Ladungsmenge Q Q = I · t Die Einheit der elektrischen Ladungsmenge ist das Cou- lomb : ( 1 C = 1 A · s ) Jede elektrische Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches der elektrischen Elementarladung e . e = 1,6 · 10 ‒ 19 C … elektrische Elementarladung Für die Ladung gilt ein Erhaltungssatz: In einem abgeschlossenen System ist die elektrische Gesamtladung konstant. Die elektrische Spannung U Unter der Spannung U versteht man die Leistung des elekt- rischen Stroms pro Stromstärke oder auch die Arbeit des elektrischen Stroms pro Ladung: U = P _ I = W _ Q Die Einheit der Spannung ist das Volt . 1V = 1W/A . Der elektrische Widerstand R Unter dem Widerstand R versteht man das Verhältnis der Spannung zwischen den Enden eines Leiters zur Stärke des Stroms: R = U _ I Die Einheit des Widerstands ist das Ohm ( 1 Ω = 1V/A ). Der elektrische Widerstand reguliert die Stromstärke: Ohm’sches Gesetz I = U / R Der Widerstand eines Leiters ist abhängig vom Material, von seiner Länge l, dem Querschnitt A und der Temperatur. R = ρ · l _ A Der spezifische Widerstand ρ ist eine Materialeigenschaft, die von der Temperatur abhängig ist. Serienschaltung von Widerständen Es gilt: U = U 1 + U 2 + U 3 + … In einem unverzweigten Stromkreis ist die Summe aller Spannungsabfälle über den einzelnen Widerständen gleich der Gesamtspannung. Daher ist der Gesamtwiderstand in einem Stromkreis gleich der Summe der Einzelwiderstände: R = R 1 + R 2 + R 3 + … Parallelschaltung von Widerständen Es gilt: I = I 1 + I 2 + I 3 + … In einer Stromverzweigung ist die Summe der Zweigströme gleich dem Gesamtstrom. Daher gilt für den Gesamtwider- stand die folgende Beziehung: 1 _ R = 1 _ R 1 + 1 _ R 2 + 1 _ R 3 + … Die Arbeit des elektrischen Stroms W = I · U · t = U 2 _ R · t = I 2 · R · t Die Einheit ist das Joule ( 1 J = 1Ws = 1 AVs ). 1 Kilowattstunde ( 1 kWh = 3,6MJ ) Die Leistung des elektrischen Stroms P = W _ t = I · U = U 2 _ R = I 2 · R Die Einheit der Leistung heißt Watt ( W ). 1W = 1 I/s Elektrisches Feld Elektrizität ist eine fundamentale Wechselwirkung in der Natur. Elektrische Phänomene sind z. B. die Reizweiterlei- tung zwischen Nervenzellen und die Signalübertragung mittels elektromagnetischer Wellen. Die Materie ist aus Teilchen aufgebaut, die sowohl Masse besitzen als auch elektrische (positive, negative) Ladung tragen (Elektronen, Protonen, Ionen) oder insgesamt neut- ral sind (Neutron, Atome und Moleküle). Die Ladung eines Körpers ist ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarla- dung e = 1,6 · 10 –19 C (Coulomb). Ladungen üben gegenseitig Kräfte aus. Die Kraft zwischen Punktladungen ( Q 1 , Q 2 ) im Abstand r wird durch das Coulomb’sche Gesetz beschrieben: F = 1 _ 4 π​ ε 0 · | Q 1 · Q 2 | __ r 2 , ε 0 = 8,854… · 10 –12 C 2 /(N · m 2 ) elektrische Feldkonstante, Die Kraftrichtung liegt in der Verbindungslinie der La- dungen, Anziehung bzw. Abstoßung erfolgt zwischen La- dungen mit verschiedenem bzw. gleichem Vorzeichen. Als Feld bezeichnet man eine physikalische Größe, z. B. die elektrische Kraft zwischen Ladungen, die in jedem Punkt des dreidimensionalen Raums einen bestimmten Wert (Be- trag und – bei vektoriellen Größen – Richtung) hat. Mit einer Probeladung q (die möglichst klein gewählt wird) kann die Kraft in der Umgebung einer Ladungsverteilung ausgemessen werden. 114 Zusammenfassende Übersicht ENERGIEVERSORGUNG E-LEHRE FELDER Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv