Physik Oberstufe im Rudolf-Web.de: E-Feld

E-Feld - Wiederholung aus Sek. I

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Elektrische Ladungen und elektrischer Strom

Wir beobachten:
Anziehung von Papierschnitzeln durch am Katzenfell geriebenem Stab und Abstoßung beim Elektroskop, wenn man dies mit dem geriebenem Stab berührt; ebenso bei den Papierbüscheln am Bandgenerator.

Wir erklären dies durch folgende Hypothesen:
a) Es gibt zwei verschiedene Arten von Ladungen: positive (+) und negative (-) Ladungen.
b) Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab und ungleichnamige ziehen sich an.

Wir beobachten:
Nähern wir einen geladenen (also geriebenen) Stab dem Elektroskop, so schlägt dies aus auch ohne direkte Berührung. Entfernen wir den Stab wieder, geht der Ausschlag wieder ganz zurück.

Wir erklären:
Der mit (z. B.) positiven Ladungen geladene Stab zieht die negativen Ladungen im Elektroskop an, so dass "unten" ein Überschuss an positiven Ladungen entsteht, so dass dort ein Ausschlag zu beobachten ist. Diese Phänomen nennen wir Influenz. Nach Entfernung des Stabs fließen die negativen Ladungen wieder zurück, die positive und negative Ladung "neutralisieren" sich wieder. Wir erkennen außerdem: In allen Körpern sind positive und negative Ladungen enthalten (i. a. neutralisiert). In Metall, aus dem der Zeiger beim Elektroskop besteht, sind diese Ladungen beweglich.

Wir führen folgende Messgrößen ein:

	Für die Ladung: Q mit der Einheit [Q] = 1 C (nach C. A. Coulomb) (das ist die Ladungsmenge, die 0,19 cm³ Knallgas erzeugt) Bewegte Ladung nennen wir elektrischen Strom. Exakter: Ladung Q, die in einer bestimmten Zeit t durch den Querschnitt eines Leiters fließt:
	Für den el. Strom: I = Q/t mit der Einheit [I] = 1 C/s = 1 A (nach Andre-Marie. Ampere) Noch exakter: die Steigung im Q-t-Diagramm, (mathematisch: der Grenzwert des Differenzenquotienten ist der Differentialquotient, die Ableitung, der die Steigung in diesem Punkt angibt.)

Messgerät:
Wir nutzen als Amperemeter, also als Strommessgerät, z. B. im Drehspulmessgerät die magnetische Wirkung des elektrischen Strom. Dort dreht sich eine Spule in einem Dauermagneten um so stärker, desto stärker der el. Strom ist. (Das Amperemeter misst den Strom in einem bestimmten Leiterquerschnitt, muss also in den Stromkreis hineingeschaltet werden.)

SI-System

Für die Theorie des Elektromagnetismus (und der Mechanik inklusive) genügen 4 Basisgrößen:

Basisgröße	Länge	Zeit	Masse	el. Strom
	s	t	m	I
Basiseinheit	m	s	kg	A

Die zugehörigen Basiseinheiten sind international festgelegt und normiert.
Davon werden alle weiteren Messgrößen (und Einheiten) abgeleitet, z. B. Fläche A (m²), Volumen V (m³), Frequenz f ( 1/s = Hz), Geschwindigkeit v (m/s), Beschleunigung a (m/s²), Ladung Q (As)...