Elektrizität und Magnetismus Flashcards
Ladung (Q)?
(1) Teilchen?
(2) Einheit?
elementare Eigenschaft v. Teilchen
(1) Protonen oder Elektronen, ziehen sich an
(2) Coulomb
- -> Betrag kann nicht kleiner sein als die Elementarladung mit e = 1,602 x 10^-19C ( bei p und e gleich, nur entgegengesetzt)
Kraft zwischen beiden Ladungen?
Coulomb-Kraft (F), wird größer, je stärker die Teilchen geladen sind und je näher sie aneinander sind
F = ( 1 / 4 x Pi x E0) x ( Q1 x Q2 / r^2), E0: elektr. Feldkonstante, r: Abstand
Wie verhält sich Coulomb-Kraft?
- sehr ähnlich mit Gravitationskraft
- verhalten sich beide umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands
- wenn r^2 steigt, wird F kleiner
Spannung (U)?
(1) Formel?
(2) Einheit?
elektr. Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten, Arbeit (W) die benötigt wird, um eine Ladung in einem elektr. Feld zu verschieben (potenzielle Energie) (W = F x s)
(1) U = W/q
(2) Volt, 1V = 1J/C
(1) Feldstärke (E)?
Formel?
(2) Potentielle Energie (Epot)?
(1) Kräfte wirken auf Ladungen, die von Position d. Ladungen abhängen
E = F/q
(2) Strecke, um die die Ladung bewegt wurde mal der nötigen Kraft
Epot = F x s = q x E x s
Epot am stärksten: starke Q im starken E um weite Strecke bewegt
Stromstärke I?
(1) Formel?
(2) Einheit?
I wird größer, wenn viele Ladungen im kurzen Zeitraum durch Leiter/Kabel fließen
(1) I (A) = Q (c) / t (s) –> Q = I x t
(2) C/s, Ampère
I abhängig von angelegter Spannung + Widerstand
Wichtig: Art der Ladungsträger! ( neben e und p auch Ione)
Was sind Ione?
Atome mit mehreren oder wenigeren Elektronen, elektrisch nicht neutral
was sind elektrische Leiter?
Materialien, die durch ihre Eigenschaften den Fluss von Ladungsträgern ermöglichen
Welche zwei Klassen von Leitern gibt es?
- Klasse: Metalle
- geladene Metallionen als Kristallstruktur
- elektronen frei beweglich
- Metalle: Leitung wird nicht verändert
- Leitfähigkeit nimmt mit höherer Temp. ab
- Klasse: Ionenleiter
- Salzlösungen
- Salze: 1 Kation, 1 Anion, durch angelgte Spannung werden geladene Ionen zu jeweils gepolten Elektroden gezogen –> Austausch von Ladungsträgern –> Stromfluss
- für Kationen: - geladene Kathode
- für Anionen: + geladene Anode
- Leitfähigkeit nimmt mit höherer Temp. zu
Widerstand (R)?
(1) Formel?
(2) Einheit
(3) Verhalten bei MEtallen?
Zusammenhang zw. Spannung und Strom (I) in einem Stromkreislauf
(1) R = U/I
(2) V/A, Ohm
je höher R, umso höher U für gleichen Stromfluss!
(3)
- steigende Temp.: steigender R, geringerer Stromfluss
- sinkende Temp.: sinkender R, höherer Stromfluss
was besagt das Ohmsche Gesetz?
R ist konstant und von Spannung und Stromstärke unabhängig
unverzweigter Stromkreis ?
(1) Stromrichtung?
(2) Stromrichtung von e?
(3) was passiert wenn R in Reihe geschaltet sind?
(1) von + nach - (techn. Stromrichtung)
(2) e fließen von - nach +
(3)
I immer gleich groß!
Rges. = R1 + R2
Uges. = U1 + U2
außerdem: je größer Länge l, und je kleiner Querschnittsfl. A, umso größer R
Verzweigter Stromkreis?
(1) was sind Kirschhoffsche Regeln
(2) Knotenregel
(3) Maschenregel
(1) Ermitteln v. Strom und Spannungen an Knotenpunkten und Abzweigungen von Leitungsnetzwerken
- -> Knotenregel + Maschenregel
(2) “In einem Knotenpunkt ist eine Summe d. zufließenden Ströme gleich der abfließenden Ströme” (Voraussetzung: Knoten sind elektrisch neutral!)
I = I1 + I2 + I3
(3) “Summe aller Teilspannungen in einer Masche (geschl. Stromkreis) ist 0”
Uges. = U1 + U2 + U3
Parallelschaltung von zwei R:
U überall gleich groß!
I nicht gleich groß, e können zwei Wege nehmen:
I ges. = I1 + I2
Leitwerte d. R addieren sich: 1/Rges. = 1/R1 + 1/R2 (G1 + G2)
elektr. Arbeit und Leistung
(1) Formel Leistung P?
(2) Einheit Leistung
(3) elektr. Arbeit Formel?
(1) Pel = U x I / = U^2 / R
(2) Watt
(3) Wel = P x t, P = W/t
was sind Leiter der Elektrizität?
- Stoffe und Substanzen, in denen sich e frei bewegen können
- elekt. Strom kann in eine oder mehrere Richtungen fließen
- bekannte Form: Metalle
- elektr. Leitfähigkeit (Konduktivität) = physikalische Größe, wie hoch Fähigkeit eines Stoffes ist elektr. Strom zu leiten
- -> Kehrwert von spezifischem Widerstand
spezifischer Widerstand
Formel s. Script
(1) wovon hängt spez. Widerstand ab?
(1) nur von Material und Temperatur d. Stoffes, aus dem er besteht, Werte schwanken extrem
–> Ob Stoff leitet oder nicht, hängt davon ab, ob er freie Ladungsträger hat (e, Ionen) hat, Materialeigenschaft wird durch spez. Widerstand beschrieben
Magnetismus
(1) 2 Fakten?
(1)
- Jede Ladung bewirkt eine elektr. Feld, jede bewegte Ladung (fließender Strom) erzeugt Magnetfeld
- beide Felder üben Kraft auf geladene Teilchen aus
elektr. F.: auf ruhige und bewegte Ladungen
magn. F.: nur auf bewegte Teilchen
–> elektr. Felder können duch sich ändernde magn. Felder erzeugt werden
Unterschiede Magnet- und elektrisches Feld (3)
- im Magnetismus keine Monopole bekannt, existieren nur als Dipole (elek. +/-, Mag.: N/S)
- magn. Feldlinien immer geschlossen, Feldlinien kreisförmig um Stromdurchflossenen Leiter angeordnet
- Richtung d. Feldlinien durch Richtung d. Nordpols einer Kompassnadel definiert,
außerhalb d. Magneten: von Nord zu Süd
innerhalb d. Magneten: von Süd zu Nord
Gemeinesamkeiten Magnet- und elektrisches Feld (3)
- gleichnamige Pole stoßen sich ab
- beide Felder können durch Feldninien dargestellt werden
- je enger die Feldlinien –> stärkeres Feld
was sind Äqupotenzialflächen?
- Menge aller Punkte gleichen Potenzials / gleicher pot. Energie
- Ebenen, die normal auf den Feldlinien stehen
–> haben an jedem Ort das gleiche elekt. Potenzial,
Spannung = 0 (keine Arbeit)
–> Fläche steht stets senkrecht zu den Feldlinien, Spezialfall von Isoflächen
Magnetfeldstärke H (Formel) + Einheit?
H = I / (2π x r), Einheit: A/m
magn. Flussdichte B (Formel + Einheit)
B = μ x H ( μ: magn. Permeabilität / Leitfähigkeit)
Lorenzkraft FL ?
Kraft, die im mag. Fled auf bewegte elektr. Ladung ausgeübt wird
Fl = q x v x B x sin (a), sind (a): Winkel zw. Feldrichtung + Bewegungsrichtung d. Ladung
= q x v x B = s x B
Linke Hand Regel und rechte Hand Regel?
Die Rechte-Hand-Regel und die Linke-Hand-Regel sind Merkregeln für die Richtung des magnetischen Feldes, das von einem stromdurchflossenen Leiter erzeugt wird. Mit diesen Regeln lässt sich die Richtung der Kraft bestimmen.
Linke Hand Regel
- Die Linke-Hand-Regel wird eingesetzt, wenn der Stromfluss von - nach + stattfindet.
- Linke Hand für elektrischen Strom mit negativen Ladungsträgern (Elektronen)
- Daumen (senkrecht): zeigt die Richtung des Elektronenstroms (und zwar von - nach +) an und stellt die Ursache dar.
- Zeigefinger: gibt dann die Richtung des magnetischen Feldes an
- Mittelfinger: zeigt dann in die Richtung der Kraft (ist also die Wirkung).
Rechte Hand Regel
- Die Rechte-Hand-Regel wird hingegen eingesetzt, wenn der Strom von + nach - fließt.
- für elektrischen Strom für positive Ladungsträger (Kationen)
- Beides gilt für die physikalische Stromrichtung (also dem Stromfluss von - nach +).
Daumen (waagerecht): zeigt die Richtung des Elektronenstroms (und zwar von + nach -) an und stellt die Ursache dar.
- Zeigefinger: gibt dann die Richtung des magnetischen Feldes an (und zwar vom Nordpol zum Südpol).
Mittelfinger: zeigt dann in die Richtung der Kraft (ist also die Wirkung).
Unterschied Wechselstrom / Gleichstrom
Gleichstrom: undirektionaler Stromfluss (nur in eine Richtung), BSP: Batterie
Wechselstrom: elektr. Strom, der seine Richtung und Flussstärke periodisch umkehrt, BSP: Steckdose
–> Spannung bei Wechselstrom ändert Stärke und Vorzeichen, Änderung d. Flussrichtung von e. Sinuskurve
elektromagnetische Wellen
(1) wodurch werden diese erzeugt?
(2) was fällt darunter?
(1) durch beschleunigte Ladungen
(2) Licht, Radiowellen, RÖ-Strahlung –> Wechselwirkung zwischen elektr. und magn. Feldern, stehen senkrecht zueinander
Lichtgeschwindigkeit?
ca. 300 000 km/s (Vakuum)
wie lange braucht Licht von Sonne zur Erde?
8 min
Formel von Energie der elektromagn. Strahlung?
E = h x f (h = plancksches Wirkungsquantum, kleinstmögliche Energeimenge, die ein Photon annehmen kann), Energie ist proportional zu seiner Frequenz (je höher f, umso höher E)
Wellengeschw. c (Licht), Formel?
Wie verhält sich Wellenlänge zur EnergieE?
c = λ x f –> f = c / λ –> E = h x (c/ λ )
Wellenlänge verhält sich indirekt proportional zur Energie, je geringer λ, umso höher E
(1) ab welcher Wellenlänge ist Licht sichtbar?
(2) ab welcher Frequenz ist Licht Sichtbar?
(1) λ : ca 400 (violett) - 800nm (rot) (10^-9)
(2) f: 384THz bis 789THz
kondensator?
bauteil, der in der lage ist, ladungen zu speichern
potential?
energie der ladungseinheit, welche ladungsträger an einer bestimmten stele im stromkreis haben
differenz zweier potentiale –> spannung
potential = W/Q
spannung bei hohem R?
Spannung bei niedrigem R?
hohe U
niedrige U
stromstärke bei konstanter u und großem R?
geringe I
wenn R konstant?
spannung steigt mit I an
spezifischer widerstand?
ρ (rho ), temperaturabhängige Materialkonstante
R = ρ x l/A
–> ob stoff leitet oder nicht hängt von frei beweglichen ladungsträger (e, ionen) ab –> bewegen sich sobald spannung angelegt wird (durch coulomb kraft) zum entgegengesetzt geladenen pol –> materialeigenschaft wird durch ρ beschrieben!
was sagt R = ρ x l/A aus?
je länger ein leiter und je kleiner seine querschnittsfläche –> großer elektrischer widerstand
wechselstrom?
bestehen in sinuskurve, spannung schwankt von positiv zu negativ, energie wird als transversalwelle übertragen
wenn e schwingen –> reibung –> wärme, erzeugen durch bewegung wechselende magnetfelder
–> mechanische analogien: translation (gleichstrom) und rotation (wechselstrom)
eigenfrequenz von wechselstrom?
50Hz
wie ensteht wechselstrom?
durch generator, wo sich leiterschleife in einem magnetfeld dreht, bei jeder drehung wird spannung durch indiktion mit kontinuierliche veränderlichem vorzeichen erzeugt
maximale amplitude?
u(max) oder û
periodendauer T im wechselstrom?
die zeit, in der eine ganze schwingung (2pi) durchgeführt wird:
f = 1/T
frequenz im wechselstrom?
50Hz
leistung in wechselströmen?
p= u x i
elektromagnetische wellen
je höher die frequenz?
umso höher mitgeführte energie, umso kleiner die wellenlänge
niederfrequente wellenlängen?
radiowellen
sortierung der einzelnen wellen von klein bis groß (Frequenz)?
radiowellen
mikrowellen
infrarotstrahlung
sichtbares licht
ultraviolettstrahlung
röntgenstrahlung
gammastrahlung
störungen der elektromagnetischen wellen?
Wettererscheinungen
Schaltvorgänge im Stromnetz (Ein- und Ausschalten von Geräten)
hochfrequente Übertragungen im Stromnetz (hochfrequente Abstrahlung)
metallische Gegenstände
großflächige Objekte
