Elektrostatik: Grundlagen, Gesetze und Anwendungen

Elektrostatik: Strom im Ruhezustand

Benjamin Franklin hätte den Ladungen auch die entgegengesetzten Namen geben können.

Protonen haben die 1800-fache Masse von Elektronen, aber die gleiche Ladung.

Quantisierte Ladung

Jede Ladung besteht aus kleinen, unsichtbaren Paketen von 1,6x10^-19 Coulomb. Es kann keine kleinere oder dezimale Ladung geben, nur ganzzahlige Vielfache dieser Ladung.

Coulomb-Gesetz

F = Proportionalitätskonstante (K) * Ladung des ersten Teilchens (Q1) * Ladung des zweiten Teilchens (Q2) / Abstand zwischen den Teilchen im Quadrat.

Leiter

Leiter haben freie Elektronen, die sich durch das Material bewegen können.

Isolatoren

In Isolatoren sind die Elektronen fest an den Kern gebunden.

Halbleiter

Bei Halbleitern kann man durch den Austausch eines einzelnen Atoms die Eigenschaften von isolierend zu leitend ändern oder umgekehrt.

Supraleiter

Supraleiter sind Materialien, die bei niedrigen Temperaturen keinen elektrischen Widerstand aufweisen und unendliche Leitfähigkeit besitzen. Sie verlieren keine Energie beim Gebrauch.

Aufladen von Objekten

Reibung

Wenn zwei Materialien aneinander gerieben werden, wird eines positiv und das andere negativ geladen.

Kontakt

Wenn ein geladenes Objekt ein neutrales Objekt berührt, werden beide mit dem gleichen Vorzeichen, aber nicht unbedingt mit der gleichen Ladungsmenge geladen.

Induktion

Dies erfordert einen leitfähigen Körper. Ein geladener Körper nähert sich einem neutralen Körper, wodurch dieser polarisiert wird. Dann wird der neutrale Körper geerdet, wodurch Elektronen entweder von der Erde in den Körper oder vom Körper in die Erde fließen, abhängig von der ursprünglichen Ladung des Körpers. Nachdem der Körper von der Erde getrennt und der ursprüngliche geladene Körper entfernt wurde, bleibt ein Körper mit entgegengesetzter Ladung zurück.

Phasenumschaltung

Neuanordnung der Ladungen in einem Material, um positive und negative Ladungen in der Nähe eines geladenen Objekts zu trennen.

Elektrisches Feld

Elektrisches Feld = Kraft / Ladung (E = F / q)

Elektrische Abschirmung

Das elektrische Feld innerhalb eines metallischen Leiters ist immer Null, da sich die Felder gegenseitig aufheben. Wenn sich ein geladener Körper einem Ende nähert, wird die Ladung an diesem Ende durch eine kleinere Ladungsmenge am anderen Ende verändert. Da die Ladungen näher sind, üben sie eine größere Kraft auf den Körper aus, die die andere negiert, so dass der Körper keine Kraft erfährt.

Elektrisches Potential

Elektrische potentielle Energie / Coulomb (Volt = Joule / Coulomb)

Beispiel: 12 Volt bedeuten 12 Joule pro Coulomb. Es müssen nicht unbedingt 120 Joule und 0 Coulomb vorhanden sein. Es können auch 240 Joule und 120 Coulomb vorhanden sein, was ebenfalls 120 Volt ergibt.