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Grundfrage: Wie hängt die elektrische Feldstärke E mit der Ladung Q zusammen?
Antwort: Je mehr Ladungen sich auf einer bestimmten Fläche befinden, desto größer ist die elektrische Feldstärke!
Ladungen sind also Quellen des elektrischen Feldes!
Bemerkung: Dies alles wird experimentell im homogenen Feld des Plattenkondensators bestimmt, hat aber allgemeine Gültigkeit.
1. Schritt:
| Definition: Die Flächenladungsdichte
s definieren wir durch: s = Q/A [s] = 1 C/m2 (mit dem griechischen Sigma) |
Exp. 1: Mit einem Löffel wird die Flächenladungsdichte beim
Kondensator bestimmt (U = 5 kV, d = 10 cm):
Mit der Ladung Q = 2,1 nC (am Messverstärker gemessen)
und der Fläche A = 48 cm2 = 48 . 10-4
m2 (10 000 cm² = 1
m²)
ergibt sich die Flächenladungsdichte s =
2,1 nC/ (48 . 10-4 m2) = 4,4 . 10-7
C/m2
(Bei doppelter Fläche ergibt sich ungefähr die doppelte Ladung: Q ~ A also s = const.)
2. Schritt:
Wir untersuchen den Zusammenhang von E und Q.
Vorbemerkung: Im homogenen Feld gilt: U = E d, also U ~ E.
Exp. 2: Verdoppeln wir die Spannung U von 5 kV auf 10 kV,
Interpretation: "Je größer die Ladungsdichte, desto stärker ist das elektrische Feld."
| Folgerung: "Ladungen sind Quellen des elektrisches Feldes" |
3.Schritt:
Wir bestimmen die Proportionalitätskonstante zwischen E und Q.
| Definition: Die elektrische Feldkonstante e0 in Luft definieren wir durch: e0 = s/E. |
Folgerung: In Luft gilt: s = e0 E.
Exp. 3: Bestimmung der elektrischen Feldkonstante in Luft:
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