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Physik > Elektrizität und Magnetismus > Flashcards

Elektrizität und Magnetismus Flashcards

1
Q

Ladung (Q)?

(1) Teilchen?
(2) Einheit?

A

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)

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2
Q

Kraft zwischen beiden Ladungen?

A

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

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3
Q

Wie verhält sich Coulomb-Kraft?

A
  • sehr ähnlich mit Gravitationskraft
  • verhalten sich beide umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands
  • wenn r^2 steigt, wird F kleiner
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4
Q

Spannung (U)?

(1) Formel?
(2) Einheit?

A

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

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5
Q

(1) Feldstärke (E)?
Formel?

(2) Potentielle Energie (Epot)?

A

(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

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6
Q

Stromstärke I?

(1) Formel?
(2) Einheit?

A

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)

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7
Q

Was sind Ione?

A

Atome mit mehreren oder wenigeren Elektronen, elektrisch nicht neutral

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8
Q

was sind elektrische Leiter?

A

Materialien, die durch ihre Eigenschaften den Fluss von Ladungsträgern ermöglichen

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9
Q

Welche zwei Klassen von Leitern gibt es?

A
  1. Klasse: Metalle
    • geladene Metallionen als Kristallstruktur
  • elektronen frei beweglich
  • Metalle: Leitung wird nicht verändert
  • Leitfähigkeit nimmt mit höherer Temp. ab
  1. 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
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10
Q

Widerstand (R)?

(1) Formel?
(2) Einheit
(3) Verhalten bei MEtallen?

A

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

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11
Q

was besagt das Ohmsche Gesetz?

A

R ist konstant und von Spannung und Stromstärke unabhängig

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12
Q

unverzweigter Stromkreis ?

(1) Stromrichtung?
(2) Stromrichtung von e?
(3) was passiert wenn R in Reihe geschaltet sind?

A

(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

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13
Q

Verzweigter Stromkreis?

(1) was sind Kirschhoffsche Regeln
(2) Knotenregel
(3) Maschenregel

A

(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)

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14
Q

elektr. Arbeit und Leistung

(1) Formel Leistung P?
(2) Einheit Leistung
(3) elektr. Arbeit Formel?

A

(1) Pel = U x I / = U^2 / R
(2) Watt
(3) Wel = P x t, P = W/t

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15
Q

was sind Leiter der Elektrizität?

A
  • 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
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16
Q

spezifischer Widerstand

Formel s. Script

(1) wovon hängt spez. Widerstand ab?

A

(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

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17
Q

Magnetismus

(1) 2 Fakten?

A

(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

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18
Q

Unterschiede Magnet- und elektrisches Feld (3)

A
  • 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
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19
Q

Gemeinesamkeiten Magnet- und elektrisches Feld (3)

A
  • gleichnamige Pole stoßen sich ab
  • beide Felder können durch Feldninien dargestellt werden
  • je enger die Feldlinien –> stärkeres Feld
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20
Q

was sind Äqupotenzialflächen?

A
  • 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
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21
Q

Magnetfeldstärke H (Formel) + Einheit?

A

H = I / (2π x r), Einheit: A/m

22
Q

magn. Flussdichte B (Formel + Einheit)

A

B = μ x H ( μ: magn. Permeabilität / Leitfähigkeit)

23
Q

Lorenzkraft FL ?

A

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

24
Q

Linke Hand Regel und rechte Hand Regel?

A

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.

25
Q

Linke Hand Regel

A
  • 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).
26
Q

Rechte Hand Regel

A
  • 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).

27
Q

Unterschied Wechselstrom / Gleichstrom

A

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

28
Q

elektromagnetische Wellen

(1) wodurch werden diese erzeugt?
(2) was fällt darunter?

A

(1) durch beschleunigte Ladungen

(2) Licht, Radiowellen, RÖ-Strahlung –> Wechselwirkung zwischen elektr. und magn. Feldern, stehen senkrecht zueinander

29
Q

Lichtgeschwindigkeit?

A

ca. 300 000 km/s (Vakuum)

30
Q

wie lange braucht Licht von Sonne zur Erde?

A

8 min

31
Q

Formel von Energie der elektromagn. Strahlung?

A

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)

32
Q

Wellengeschw. c (Licht), Formel?

Wie verhält sich Wellenlänge zur EnergieE?

A

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

33
Q

(1) ab welcher Wellenlänge ist Licht sichtbar?

(2) ab welcher Frequenz ist Licht Sichtbar?

A

(1) λ : ca 400 (violett) - 800nm (rot) (10^-9)

(2) f: 384THz bis 789THz

34
Q

kondensator?

A

bauteil, der in der lage ist, ladungen zu speichern

35
Q

potential?

A

energie der ladungseinheit, welche ladungsträger an einer bestimmten stele im stromkreis haben

differenz zweier potentiale –> spannung

potential = W/Q

36
Q

spannung bei hohem R?

Spannung bei niedrigem R?

A

hohe U

niedrige U

37
Q

stromstärke bei konstanter u und großem R?

A

geringe I

38
Q

wenn R konstant?

A

spannung steigt mit I an

39
Q

spezifischer widerstand?

A

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!

40
Q

was sagt R = ρ x l/A aus?

A

je länger ein leiter und je kleiner seine querschnittsfläche –> großer elektrischer widerstand

41
Q

wechselstrom?

A

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)

42
Q

eigenfrequenz von wechselstrom?

A

50Hz

43
Q

wie ensteht wechselstrom?

A

durch generator, wo sich leiterschleife in einem magnetfeld dreht, bei jeder drehung wird spannung durch indiktion mit kontinuierliche veränderlichem vorzeichen erzeugt

44
Q

maximale amplitude?

A

u(max) oder û

45
Q

periodendauer T im wechselstrom?

A

die zeit, in der eine ganze schwingung (2pi) durchgeführt wird:

f = 1/T

46
Q

frequenz im wechselstrom?

A

50Hz

47
Q

leistung in wechselströmen?

A

p= u x i

48
Q

elektromagnetische wellen

je höher die frequenz?

A

umso höher mitgeführte energie, umso kleiner die wellenlänge

49
Q

niederfrequente wellenlängen?

A

radiowellen

50
Q

sortierung der einzelnen wellen von klein bis groß (Frequenz)?

A

radiowellen

mikrowellen

infrarotstrahlung

sichtbares licht

ultraviolettstrahlung

röntgenstrahlung

gammastrahlung

51
Q

störungen der elektromagnetischen wellen?

A

Wettererscheinungen

Schaltvorgänge im Stromnetz (Ein- und Ausschalten von Geräten)

hochfrequente Übertragungen im Stromnetz (hochfrequente Abstrahlung)

metallische Gegenstände

großflächige Objekte

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