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22b Elektrostatik
Fundamentale Eigenschaften
Ladungserhaltung
in einem isolierten System bleibt die Anzahl der Ladungen erhalten
Energieerhaltung Impulserhaltung Drehimpulserhaltung
...
anders ausgedrückt
Ladungen werden nicht erzeugt, sondern es kommt nur zu einer Trennung von Ladungen unterschiedlicher Polarität Betazerfall eines Atomkerns
Erhaltungssätze in der klassischen Mechanik
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Fundamentale Eigenschaften
Quantisierung der Ladung
Elektrische Ladungen treten nur in ganzzahligen Einheiten einer fundamentalen Größe auf
Robert Millikan
(1868-1953)
N : ganze Zahl
Ne q =
e e
− +
: Elektron
, : Proton
Der Wert der positiven Ladungen entspricht genau dem wert der negativen Ladung Es gibt fundamentale Teilchen (Elementarteilchen), die ladungsneutral sind
Beispiel: Neutron und Photon (Lichtteilchen) Seit einigen Jahren wissen wir
Proton ist aufgebaut aus kleineren Einheiten (Quarks)
Quarks tragen Bruchteile der Elementarladung Zustand nur stabil bei geringen Abständen
z.B. innerhalb eines Atomkerns
Erhaltung der Ladung in der Elektron-Positron
Paarerzeugung B-Feld
Klassifizierung
Elektrische Leiter sind Materialien, in denen sich einige der Elektronen verschieben lassen. Sie sind nicht an Atome gebunden und können sich im Leiter frei bewegen.
Elektrische Isolatoren sind Materialien, in denen alle Elektronen an Atome gebunden sind und sich nicht frei bewegen können.
Kupfer
Aluminium
Gold
Holz
Gummi Wolle
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Aufladung durch Kontakt
gleiche Ladungen stoßen sich ab Instrument zum Nachweis elektrischer Ladung
Elektroskop
positiv oder negativ geladener Stab
isolierter Bereich um Entladung durch feuchte Luft zu verhindern
Bemerkenswert!
Die Kräfte sind so hoch, dass sich die Lamellen entgegen der Gravitation bewegen
Aufladung durch Annäherung
Ladungsverschiebung in Metallen durch ein äußeres elektrisches Feld
NeutraleMetallkugel mit gleicher Anzahl positiver und negativer Ladung
Umverteilung der Ladungen durch negativ
geladenen Glasstab
Durch Erdung können negative Ladungen abfließen
A B
C
D
äußeres elektrisches Feld
Wenn die Erdung unterbrochen wird, sind die positivenLadungen
in der Kugel gleich verteilt
Influenz
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Mikroskopische Ladungsverteilung
Ladungstrennung ohne äußeres elektrisches Feld
Ladungen nicht gleichmäßig über das Molekül verteilt Statisches elektrisches Dipolmoment
Diese Asymmetrie besteht auch ohnedas ein elektrische Feld vorhanden ist!
+
+ - -
Durch ein elektrisches Feld richten sich die Moleküle aus
Ablenkung eines Wasserstrahls in Anwesenheit eines elektrischstatisch aufgeladenen Stabes
Wassermolekül
polare Moleküle HCN
