Grundlagen der Elektrizität: Wichtige Begriffe & Definitionen

Grundlagen der Elektrizität und des Magnetismus

Elektrostatische Induktion

Eine Methode, die verwendet wird, um einen Leiter zu laden, ohne dass dieser in direkten Kontakt mit einem elektrisch geladenen Objekt kommt.

Coulombsches Gesetz

Mithilfe einer Drehwaage fand Coulomb heraus, dass die Kraft der Anziehung oder Abstoßung zwischen zwei Punktladungen (Objekte, deren Abmessungen im Vergleich zur trennenden Entfernung r vernachlässigbar sind) umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen ihnen ist.

Elektrischer Fluss

Der elektrische Fluss ist ein Maß für die Anzahl der elektrischen Feldlinien, die eine gegebene Oberfläche durchdringen. Er ist proportional zur Anzahl der Ladungen, die von der Oberfläche umschlossen werden.

Punktladung

Eine Punktladung ist eine idealisierte Ladung, deren Abmessungen im Vergleich zur betrachteten Entfernung vernachlässigbar sind. Die gegenseitige elektrische Kraft entsteht zwischen zwei solchen sehr kleinen Ladungen, die durch eine relativ große Entfernung im Verhältnis zu ihrer Größe getrennt sind.

Elektrisierung durch Reibung

Wenn ein Körper kräftig an einem Tuch gerieben wird, lädt er sich positiv oder negativ auf, abhängig von seiner Neigung, Elektronen zu verlieren oder zu gewinnen. Zum Beispiel wird ein Glasstab durch Reiben positiv geladen.

Elektrisierung durch Kontakt

Wenn ein geladener Körper in Kontakt mit einem anderen gebracht wird, verteilt sich die elektrische Ladung zwischen den beiden, sodass beide Körper mit der gleichen Art von Ladung geladen werden.

Elektrisierung durch Induktion

Ein elektrisch geladener Körper kann einen anderen, neutralen Körper anziehen. Wenn ein geladener Körper einem neutralen Körper genähert wird, entsteht eine elektrische Wechselwirkung zwischen den Ladungen des ersten und des neutralen Körpers.

Elektrisches Potenzial

Das elektrische Potenzial an einem Punkt eines elektrischen Feldes ist definiert als die Arbeit, die erforderlich ist, um eine positive Probeladung von außerhalb des Feldes (unendlich) zu diesem Punkt zu bewegen.

Gaußsches Gesetz

Das Gaußsche Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen dem elektrischen Fluss durch eine geschlossene Oberfläche und der elektrischen Ladung, die innerhalb dieser Fläche eingeschlossen ist. Es verbindet auch die Divergenz des elektrischen Feldes mit der Ladungsdichte.

Kondensator

Ein Kondensator ist ein Gerät zur Speicherung von elektrischer Ladung und Energie. Er besteht typischerweise aus zwei parallelen, flachen Metallelementen, die durch einen Isolator (Dielektrikum) getrennt sind.

Kapazität

Die Kapazität ist eine Eigenschaft eines Kondensators und misst dessen Fähigkeit, elektrische Ladung zu speichern. Es ist ein allgemeines Konzept, das auch gilt, wenn zwei benachbarte leitfähige Objekte, getrennt durch ein nichtleitendes Material, Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens aufnehmen.

Elektrizität

Elektrizität ist ein Phänomen, das mit dem Fluss elektrischer Ladungen verbunden ist. Die bewegten elektrischen Ladungen können unterschiedlicher Art sein, je nach dem Medium, in dem sie sich fortbewegen.

Elektrisches Feld

Ein elektrisches Feld ist eine Region im Raum, in der elektrische Kräfte auf geladene Objekte wirken.

Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist eine Region im Raum, in der magnetische Kräfte auf bewegte Ladungen oder magnetische Materialien wirken.

Knoten (Schaltungstechnik)

Ein Knoten ist ein Verzweigungspunkt in einem Stromkreis, an dem zwei oder mehr Ströme zusammenlaufen.

Zweige oder Leiter (Schaltungstechnik)

Zweige sind die Teile eines Stromkreises zwischen zwei aufeinanderfolgenden Knoten, durch die derselbe Strom fließt.

Masche (Schaltungstechnik)

Eine Masche ist ein geschlossener Pfad in einem Stromkreis, der an einem Knoten beginnt und endet, ohne dass ein Knoten mehr als einmal durchlaufen wird.

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom ist der gerichtete Fluss von elektrischen Ladungsträgern. In Metallen sind dies Elektronen, Elementarteilchen, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes leicht bewegen lassen.

Lichteffekte (Strom)

Wenn elektrischer Strom durch ein leitfähiges Element fließt, kann dies zu einer erhöhten Temperatur führen, die wiederum die Erzeugung von sichtbarem Licht bewirkt (z. B. bei Glühlampen).

Wärmewirkung (Strom)

Abgesehen von sehr niedrigen Temperaturen führt der Durchgang elektrischer Ladungen durch ein leitfähiges Material zu einer signifikanten Wärmeentwicklung (z. B. bei Bügeleisen, Toastern).

Stromerzeugung durch Wärme (Wärmekraftwerke)

Wenn große Mengen an Wärme zur Verfügung stehen, kann Strom durch den Einsatz von Dampfkraftwerken gewonnen werden. Die Wärme wird zur Erzeugung von Dampf genutzt, der wiederum eine Turbine antreibt. Diese Turbine treibt einen Generator zur Stromerzeugung an.

Piezoelektrizität

Einige nichtleitende Materialien besitzen die Eigenschaft, bei Anwendung mechanischer Beanspruchung eine elektrische Spannung zwischen ihren Flächen zu erzeugen. Dieser Effekt wurde 1880 von Pierre und Jacques Curie entdeckt.

Gleichstrom (DC)

Gleichstrom liegt vor, wenn elektrische Ladungen in einem Leiter unter dem Einfluss einer konstanten Kraft fließen, die ein elektrisches Feld erzeugt. Dabei bleiben die Größe und Richtung des Feldes in der Leitung konstant.

Wechselstrom (AC)

Wechselstrom ist ein Strom, der durch ein elektrisches Feld erzeugt wird, das sich mit der Zeit ändert. In diesem Fall richtet sich der Fluss der Ladungen nach dem Wert des elektrischen Feldes in jedem Augenblick.

Kirchhoffsches Gesetz 1 (Knotenregel)

Die algebraische Summe aller Ströme, die in einen Knoten hinein- oder herausfließen, ist Null.

Kirchhoffsches Gesetz 2 (Maschenregel)

Die algebraische Summe aller Spannungen entlang eines geschlossenen Pfades (Masche) in einem Stromkreis ist Null.