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Elektrizitätslehre

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Elektrizitätslehre

Elektrizität umgibt Dich ständig. Egal, ob es eher offensichtlich ist wie beim Laden des Smartphones, der Lampe oder der Mikrowelle oder etwas versteckt wie zum Beispiel beim Starten des Autos oder dem Radiosignal. Ohne Strom funktioniert heutzutage fast nichts mehr. Umso wichtiger ist es, sich mit der Elektrizitätslehre und den Grundlagen auseinanderzusetzen. Denn, ob Du es magst oder nicht, an der alltäglichen Verwendung von Elektrizität wird sich so bald vermutlich nichts ändern.

Elektrizitätslehre Definition

Was genau verbirgt sich hinter der Elektrizitätslehre? Die Antwort zum Begriff der Elektrizitätslehre ist leider nicht sonderlich spektakulär:

Die Elektrizitätslehre ist die Lehre von der Elektrizität.

Für eine thematische Zusammenfassung der Elektrizitätslehre könntest Du wie folgt vorgehen:

Elektrizitätslehre Zusammenfassung & Mindmap

Ein „Elektrischer Stromkreis“ bildet oft die Grundlage, wenn es um Elektrizität geht. Diesen kannst Du für verschiedene „Elektrische Bauteile“ mithilfe der Größen „Elektrischer Strom“ und „Elektrische Spannung“ erklären. Ebenso kannst Du einen Stromfluss auch als bewegte „Elektrische Ladung“ beschreiben.

Dem zugrunde liegen „Elektromagnetische Felder“, die oftmals eine Antwort auf das „Warum funktioniert etwas genau so?“ bieten. Der Zusammenschluss von elektrischem und magnetischem Feld über „Elektromagnetische Induktion“ wird insbesondere für „Elektromagnetische Schwingungen“ – erzeugt über einen „Wechselstromkreis“ – genutzt.

All diese Themen hängen dabei stark zusammen und können nicht immer klar getrennt oder eingeteilt werden. Eine Mindmap zu erstellen kann Dir dabei helfen, einen Überblick der groben Zusammenhänge zu bekommen, wobei es aber keine geregelte Struktur für die Elektrizitätslehre gibt.

Zu all diesen Themen findest Du genauere Erklärungen, die sich tiefergehend damit beschäftigen.

Was aber ist denn überhaupt die Grundlage dafür, dass es Elektrizität gibt?

Elektrizitätslehre Grundlagen

Denkst Du an Elektrizität, dann denkst Du vielleicht an Strom und Spannung. Sie bilden aber tatsächlich nicht die Grundlage der Elektrizitätslehre, sondern entstehen beide nur aufgrund von elektrischen Ladungen.

Elektrische Ladung

Jedes Atom – also das Teilchen, mit dem die meisten natürlichen Vorgänge erklärt werden können – besteht aus noch kleineren Teilchen, die elektrische Ladungen tragen (Ladungsträger). Unter der elektrischen Ladung kannst Du Dir dabei eine Grundgröße von Teilchen vorstellen (wie die Masse).

Die elektrische Ladung \(Q\) (\(q\) für räumlich kleine Ladungen) ist eine physikalische Größe und gibt eine Eigenschaft von Teilchen (Ladungsträgern) wieder. Im Allgemeinen gibt sie an, ob Elektronen fehlen (positive Ladung) oder ein Elektronenüberschuss (negative Ladung) besteht.

Jede elektrische Ladung ist ein Vielfaches der Elementarladung \(e\) und kann positiv sowie negativ sein, wobei sich gleichnamige Ladungen (positiv + positiv, negativ + negativ) gegenseitig abstoßen und ungleichnamige Ladungen (positiv + negativ) einander anziehen.

Die Anziehung und Abstoßung hängt mit dem elektrischen Feld einer jeden elektrischen Ladung zusammen. Mehr dazu in „Elektrische Ladung“ und „Elektrisches Feld“.

Die Existenz und Größe der Elementarladung wurde mithilfe des sogenannten „Millikan-Versuch“ nachgewiesen, über den Du mehr in der gleichnamigen Erklärung erfährst. Sie ist genauso groß wie die negative Ladung eines Elektrons. Anders gesagt: Die Ladung eines Elektrons ist genau \(-1e\). Solch räumlich kleine elektrische Ladungen werden oft als Punktladung dargestellt.

Die Punktladung ist ein Modell zur Darstellung räumlich kleiner Ladungsträger (wie Elektronen). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Ladungsträger keine räumliche Ausdehnung besitzt. Somit befindet sich die elektrische Ladung in einem einzelnen Punkt.

Obwohl es Punktladung heißt, wird sie mithilfe eines Kreises und einem Plus- bzw. Minuszeichen gezeichnet, um die Ladung darzustellen. Ein Elektron wäre also ein kleiner Kreis mit einem Minus. Wie genau das aussieht, zeigt Dir die Erklärung zur Punktladung.

Wie hängt die elektrische Ladung nun mit Strom und Spannung zusammen?

Elektrische Größen im Stromkreis

Betrachtest Du elektrische Stromkreise, dann kommst Du an Strom und Spannung meist nicht vorbei. Hinter dem Strom verbergen sich dabei bewegte Teilchen.

Ein elektrischer Strom \(I\) ist die Bewegung elektrischer Ladungsträger. Betrachtest Du positive Ladungsträger, sprichst Du von der technischen Stromrichtung (von + nach -). Andersherum, bei negativen Ladungsträgern, geht es um die physikalische Stromrichtung (auch Elektronenrichtung genannt, von - nach +).

Mehr zum Thema findest Du unter „Elektrischer Strom“.

Im Allgemeinen bewegen sich beim elektrischen Strom Elektronen entgegengesetzt der technischen Stromrichtung – also in Elektronenrichtung, daher auch die Bezeichnung – durch einen Leiter. Elektrischer Strom fließt aber nicht, weil er etwa „Lust“ darauf hat. Er benötigt stets einen Antrieb: die elektrische Spannung.

Elektrische Spannung \(U\) ist der „Antrieb“ eines Stromflusses. Je größer die Spannung und kleiner der Widerstand, den Ladungsträger überwinden müssen, desto größer der Stromfluss.

Der Weg einer elektrischen Ladung durch einen elektrischen Leiter wird durch den Leiter an sich stark eingegrenzt. Die Ladungsträger stoßen dabei stets gegen andere Teilchen im Leiter. Das führt zu einer Bewegung der Teilchen, wodurch Wärme entsteht. Ein Stromfluss ist somit immer auch mit Wärme verbunden. Je nach elektrischem Bauteil wird der Strom dabei mehr oder weniger beim Fließen gehindert.

Das kannst Du Dir anhand einer Glühlampe vorstellen.

Legst Du eine Spannung an einen metallischen Leiter (etwa Draht der Glühlampe) an, werden die freien Elektronen des Metallgitters in Richtung des Pluspols beschleunigt. Je größer die Spannung, desto stärker werden sie beschleunigt. Bei der Bewegung stoßen die Elektronen jedoch ständig an die festen Atomrümpfe des Metalls. Die Atome beginnen daher zu schwingen, also sich auf der Stelle zu bewegen.

Betrachtest Du Teilchen, dann entspricht Bewegung auch gleichzeitig kinetischer Energie. Diese kinetische Energie äußert sich in Wärme. Eine Glühlampe nutzt diesen Effekt, um durch den elektrischen Strom so viel Wärme zu erzeugen, dass der Draht anfängt zu glühen und schließlich zu leuchten.

Um welche weiteren Größen, Bauteile und Zusammenhänge es dabei geht, findest Du in den Erklärungen „Elektrischer Stromkreis“, „Elektrischer Strom“, „Elektrische Spannung“ und „Elektrische Bauteile“ heraus.

Interessieren Dich Berechnungen und Schaltungen dazu? Die Erklärungen „Ohmsches Gesetz“, „Reihenschaltung“, „Parallelschaltung“ und „Kirchhoffsche Gesetze“ zeigen Dir, wie das geht.

Damit sich elektrische Ladungsträger in Bewegung versetzen können, muss eine Kraft wirken. Diese entspringt aus den elektromagnetischen Feldern.

Elektromagnetische Felder

Bei den elektromagnetischen Feldern geht es um das elektrische und das Magnetfeld, insbesondere um deren Auswirkungen aufeinander.

Unter elektromagnetischen Feldern verstehst Du den Zusammenschluss und die Interaktion von elektrischem und magnetischem Feld.

Die Erklärung „Elektromagnetische Felder“ gibt Dir einen erweiterten Überblick über die Möglichkeiten und Errungenschaften der Menschheit aufgrund dieses Kernthemas der Elektrizitätslehre.

Solche Felder haben einen Einfluss auf elektrische und magnetische Geräte. Ein „Faradayscher Käfig“ dient als Abschirmung elektromagnetischer Felder und wird bei der Mikrowelle angewandt.

Wie genau? Das zeigt Dir die Erklärung „Mikrowelle Physik“. Mehr zum Prinzip erfährst Du bei „Faradayscher Käfig“.

Damit ein elektromagnetisches Feld entstehen kann, muss zunächst ein elektrisches Feld vorliegen.

Elektrisches Feld

Die Wirkung, dass sich elektrische Ladungen anziehen oder abstoßen, kannst Du nicht direkt sehen, dennoch gibt es sie. Dieses unsichtbare Zusammenspiel ist das elektrische Feld.

Das elektrische Feld der elektrischen Feldstärke \(E\) beschreibt die Auswirkungen elektrischer Ladungen untereinander. Es entspringt aus und endet stets in einer elektrischen Ladung. Liegt eine elektrische Ladung vor, bildet sich auch immer ein elektrisches Feld.

Somit kannst Du eine elektrische Spannung auch mit einem Unterschied im elektrischen Feld beschreiben. Je nachdem, wie groß die Feldunterschiede sind, desto größer ist auch die elektrische Spannung und somit die Wirkung, die eine elektrische Ladung bewegt.

Wie Du Dir das elektrische Feld vorstellen kannst und wie Du daraus auf die elektrische Spannung und elektrische Kraft kommst, erfährst Du in den Erklärungen „Elektrisches Feld“ sowie dessen Unterthemen, insbesondere „Coulombkraft“.

Wenn also elektrische Spannung und somit elektrischer Strom mit dem elektrischen Feld beschrieben werden können, woher kommt dann die magnetische Wirkung eines Elektromagneten, wenn er stromdurchflossen ist?

Magnetfeld

Wird ein elektrischer Leiter von einem Strom durchflossen, kommt es zu einem grundsätzlichen physikalischen Phänomen.

Jede bewegte elektrische Ladung bildet ein sie umgebendes Magnetfeld aus. Somit bildet auch jeder stromdurchflossener Leiter (Stromfluss = bewegte Ladungsträger) ein Magnetfeld aus. Das ist die Grundlage des Elektromagnetismus.

Magnetfeld stromdurchflossener Leiter“ hält eine detaillierte Erklärung zum Thema für Dich parat.

Ein elektrischer Strom bewirkt also ein Magnetfeld. Die häufigste Anwendung dafür ist der Elektromagnet. Es gibt aber auch den Dauermagnet. Dieser besteht aus bestimmten Materialien, die selbst magnetische Eigenschaften besitzen und unter komplizierten Herstellungsprozessen verstärkt und ausgerichtet werden.

Zu beiden Magneten gibt es bei „Elektromagnet“ und „Dauermagnet“ entsprechende Erklärungen, die deren Funktionsweise, Nutzen und Herstellung erläutern.

Was ist aber ein Magnetfeld?

Das Magnetfeld der Magnetfeldstärke \(H\) beschreibt die magnetische Wirkung eines Magneten im ihn umgebenden Raum. Ein Magnetfeld besitzt keinen Anfang und kein Ende und erstreckt sich durch den Magneten selbst.

Die gezielte Nutzung von Magnetfeldern findest Du nicht nur beim Elektromagnet, sondern insbesondere bei Spulen. Das sind speziell gewundene Leiter, die bei einem Stromfluss ein starkes Magnetfeld hervorrufen, das dann genutzt wird.

Wie das aussieht und berechnet werden kann, findest Du in der Erklärung „Magnetfeld einer Spule“.

Die Spule selbst ist somit eine Anwendung elektromagnetischer Felder, da sie aus der Wirkung eines elektrischen Feldes – aus dem Stromfluss – ein Magnetfeld bildet. Elektrische Felder können also Magnetfelder beeinflussen. Geht das auch in die andere Richtung?

Elektromagnetische Induktion

Da jede bewegte elektrische Ladung ein Magnetfeld hervorruft, kann entsprechend ein anderes Magnetfeld auch eine Wirkung auf jede bewegte elektrische Ladung (Stromfluss) erzielen. Die elektrische Ladung muss sich nicht unbedingt bewegen, solange sich das Magnetfeld um sie ändert.

Verändert sich das Magnetfeld um eine elektrische Ladung, wirkt die sogenannte Lorentzkraft auf die elektrische Ladung. In einem Leiter kommt es dadurch zu einer Ladungstrennung und somit einer elektrischen Spannung, der Induktionsspannung. Dieses Phänomen nennst Du elektromagnetische Induktion (in der Elektrizitätslehre oft als Induktion abgekürzt).

Der Vorgang wird oft auch „induzieren“ genannt oder als „im Leiter wird induziert“ beschrieben. Die Erklärung „Elektromagnetische Induktion“ zeigt Dir, wie es zur Induktion kommt. Dem zugrunde liegt die „Lorentzkraft“ als Kraftwirkung auf „Bewegte Ladung im Magnetfeld“, über die Du mehr in den entsprechenden Erklärungen erfahren kannst.

Die elektromagnetische Induktion wird beim Generatorprinzip angewandt. Dabei dreht sich eine Spule im Magnetfeld, es kommt zur Induktion und aus der Drehung der Spule wird eine elektrische Spannung gewonnen. Drehst Du das Prinzip um, hast Du einen Elektromotor gebaut.

Zu den jeweiligen Anwendungen findest Du mehr Informationen bei „Generator Physik“ oder „Elektromotor“.

Die Induktion ermöglicht es außerdem, elektromagnetische Schwingungen hervorzurufen.

Elektromagnetische Schwingungen

Eine Schwingung kennst Du vielleicht aus der Mechanik.

Du kannst etwa ein Pendel zum Schwingen bringen. Dabei ändern sich periodisch die Geschwindigkeit und Auslenkung des Pendels. Ist die Auslenkung maximal, dann ist die Geschwindigkeit minimal. Daraufhin wird das Pendel wieder beschleunigt, bis die Auslenkung minimal ist. Danach wird das Pendel wieder maximal ausgelenkt u.s.w.

Geschwindigkeit und Auslenkung interagieren und wechseln sich ständig ab.

So ähnlich ist das bei der elektromagnetischen Schwingung, wobei die Größen die elektrische und magnetische Feldstärke sind.

Bei einer elektromagnetischen Schwingung schwingen elektrische und magnetische Feldstärke periodisch miteinander. Diese Schwingung breitet sich im Raum als elektromagnetische Welle aus.

Damit eine solche Schwingung gezielt entstehen kann, wird Wechselspannung benötigt. Bestimmte elektrische Bauteile erhalten dadurch veränderte Eigenschaften.

Welche Bauteile sich dabei wie verhalten, erklärt Dir „Wechselstromkreis“.

Mithilfe einer besonderen Schaltung, dem Hertzschen Dipol, kann die elektromagnetische Schwingung als elektromagnetische Welle nicht nur gesendet, sondern auch empfangen werden. Das ist die grundsätzliche Funktionsweise von Antennen, wie sie bei Radio oder WLAN Anwendung finden. Elektromagnetische Schwingungen bilden somit den Grundbaustein der modernen Informationsübertragung.

Mehr zum Thema allgemein bietet Dir die Erklärung „Elektromagnetische Schwingungen“. Wie diese gezielt hervorgerufen werden, findest Du bei „Hertzscher Dipol“ heraus.

Elektrizitätslehre – Das Wichtigste

  • Die Elektrizitätslehre ist die Lehre von der Elektrizität.
  • Du kannst sie grob in „Elektrische Ladung“, „Elektrischer Stromkreis“, „Elektromagnetische Felder“ und „Elektromagnetische Schwingungen“ unterteilen.
  • Die elektrische Ladung ist eine physikalische Eigenschaft von Teilchen. Sie kann positiv als auch negativ sein.
  • Einen elektrischen Stromkreis beschreibst Du mithilfe von Strom und Spannung.
    • Ein elektrischer Strom ist die Bewegung von Ladungsträgern.
    • Der Antrieb des elektrischen Stroms ist die elektrische Spannung – ohne Spannung kein Strom.
    • Je größer die Spannung und kleiner der Widerstand, den Ladungsträger überwinden müssen, desto größer der Stromfluss. (Ohmsches Gesetz)
  • Elektromagnetische Felder sind der Zusammenschluss von elektrischen und magnetischen Feldern.
    • Jede elektrische Ladung bildet ein elektrisches Feld aus, das die Auswirkungen elektrischer Ladungen untereinander beschreibt.
    • Eine bewegte elektrische Ladung (ein stromdurchflossener Leiter) bildet außerdem ein Magnetfeld aus. Das Magnetfeld beschreibt die Auswirkungen von Magneten aufeinander.
    • Wird das Magnetfeld um eine elektrische Ladung verändert, so wirkt die Lorentzkraft auf diese Ladung. In Leitern entsteht dabei eine elektrische Spannung. Das Phänomen heißt Elektromagnetische Induktion.
  • Bei einer elektromagnetischen Schwingung schwingen elektrische und magnetische Feldstärke periodisch miteinander. Diese Schwingung breitet sich im Raum als elektromagnetische Welle aus. Diese werden genutzt, um Informationen zu transportieren (Radio, WLAN).

Nachweise

  1. Technische Universität Dresden Professur für Grundlagen der Elektrotechnik (2013). Grundlagen der Elektrotechnik. iee.et.tu-dresden.de (25.11.2014)
  2. Technische Universität Dresden Professur für Grundlagen der Elektrotechnik (2013). Elektrische und magnetische Felder. iee.et.tu-dresden.de (18.05.2015)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Elektrizitätslehre

Die Elektrizitätslehre ist die Lehre von der Elektrizität. Sie umfasst Themen wie die elektrische Ladung, elektrische Stromkreise, elektromagnetische Felder und elektromagnetische Schwingungen.

Es gibt je nach Bereich viele unterschiedliche Größen. Die Grundgrößen beinhalten die elektrische Ladung Q oder q, die elektrische Spannung U, den elektrischen Strom I, die elektrische Feldstärke E und die magnetische Feldstärke H.

u. a. elektrische Ladung, elektrischer Stromkreis inklusive Grundgrößen und elektrische Bauteile, elektromagnetische Felder, elektromagnetische Induktion, elektromagnetische Schwingungen, Wechselstromkreis

Ein elektrischer Strom I ist die Bewegung elektrischer Ladungsträger. Diese Ladungsträger sind im Allgemeinen Elektronen.

Finales Elektrizitätslehre Quiz

Frage

Auf welche Teilchen wirkt die Lorentzkraft?

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Antwort

Nur auf elektrisch geladene Teilchen

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Frage

Mit welcher Regel bestimmst du die Richtung der Lorentzkraft, die auf ein Elektron wirkt?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit der Drei-Finger-Regel der linken Hand.

Frage anzeigen

Frage

Mit welcher Regel bestimmst du die Richtung der Lorentzkraft, die auf ein Proton wirkt?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand.

Frage anzeigen

Frage

Mithilfe welches Versuchsaufbaus lassen sich die Pole eines Magneten bestimmen?

Antwort anzeigen

Antwort

Mithilfe des Leiterschaukelversuchs

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Frage

Welche Flugbahn beschreibt ein geladenes Teilchen, das sich senkrecht zu den Feldlinien durch ein Magnetfeld bewegt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Flugbahn ist kreisförmig.

Frage anzeigen

Frage

Welche Faktoren spielen eine Rolle für die Intensität der Lorentzkraft bei Teilchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Ladung und Geschwindigkeit des Teilchens und die magnetische Flussdichte

Frage anzeigen

Frage

Welche Faktoren spielen eine Rolle für die Intensität der Lorentzkraft bei elektrischen Leitern?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Stromstärke, die Länge des Leiters und die magnetische Flussdichte

Frage anzeigen

Frage

Wie wirkt die Lorentzkraft, wenn das Teilchen sich nicht senkrecht zu den Feldlinien durch das Magnetfeld bewegt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft wirkt schwächer, nur der Teil der Gesamtgeschwindigkeit, der senkrecht zum Feld steht hat einen Einfluss.

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung wirkt die Lorentzkraft auf ein Elektron, wenn dieses im Koordinatensystem nach rechts fliegt und das Magnetfeld in die Zeichenebene hinein gerichtet ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft wirkt nach unten.

Frage anzeigen

Frage

Wer ist Namensgeber und Erfinder des Geschwindigkeitsfilters?

Antwort anzeigen

Antwort

Wilhelm Wien

Es heißt daher auch Wiensches Geschwindigkeitsfilter.

Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt ein Wien-Filter?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Filter lässt nur Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit passieren.

Frage anzeigen

Frage

Welche Kräfte nutzt das Geschwindigkeitsfilter?

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Antwort

Die Lorentzkraft und die Coulombkraft

Frage anzeigen

Frage

Für welche Teilchen kannst du ein Wiensches Geschwindigkeitsfilter verwenden?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Geschwindigkeitsfilter funktioniert nur für geladene Teilchen.

Frage anzeigen

Frage

Wie ist ein Wiensches Geschwindigkeitsfilter aufgebaut?

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Antwort

Das Filter besteht aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld, die übereinander liegen. Die Kräfte, die die Felder auf die Teilchen ausüben wirken dabei senkrecht zur Bewegungsrichtung und entgegengesetzt.

Frage anzeigen

Frage

Welche der folgenden Kräfte ist von der Geschwindigkeit der Teilchen abhängig?

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Antwort

Die Lorentzkraft

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Frage

Wann kann ein Teilchen das Geschwindigkeitsfilter passieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn es die richtige Geschwindigkeit hat/Wenn die Kräfte sich gegenseitig ausgleichen/Wenn es nicht abgelenkt wird

Frage anzeigen

Frage

Warum können nur Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit das Filter passieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft hängt von der Geschwindigkeit ab, während das elektrische Feld alle Teilchen gleich stark ablenkt. Nur wenn beide gleich groß sind, behält ein Teilchen seine Flugbahn bei.

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung wird ein Teilchen abgelenkt, das zu langsam ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Teilchen wird zur Anode hin abgelenkt.

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung wird ein Teilchen abgelenkt, das zu schnell ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Teilchen wird zur Kathode hin abgelenkt.

Frage anzeigen

Frage

Von welchen Größen hängt die Geschwindigkeit ab, mit der die Teilchen das Filter passieren können?

Antwort anzeigen

Antwort

Von der elektrischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte

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Frage

Was kannst du mit einem Massenspektrometer untersuchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Massenspektrometer bestimmt die Masse von Teilchen.

Frage anzeigen

Frage

Welches Bauteil sorgt im Massenspektrometer für die Auswahl der richtigen Teilchen?

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Antwort

Der Wiensche Geschwindigkeitsfilter lässt nur Teilchen ins Spektrometer, die eine bestimmte Geschwindigkeit haben.

Frage anzeigen

Frage

Die Gleichsetzung welcher Kräfte bildet die Grundlage für die Formeln des Massenspektrometers?

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Antwort

Die Lorentzkraft wirkt als Zentripetalkraft der Kreisbewegung. Daher werden diese beiden Kräfte gleichgesetzt.

Frage anzeigen

Frage

Welches der folgenden Bauteile wird nicht für ein Massenspektrometer benötigt?

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Antwort

Eine Linse

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Frage

Wie können elektrisch ungeladene Teilchen mit dem Massenspektrometer untersucht werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Teilchen werden ionisiert und anschließend als Ion untersucht.

Frage anzeigen

Frage

Wie läuft die Elektronenstoßionisation ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Elektronenstoßionisation kollidieren ungeladene Atome und Moleküle mit beschleunigten Elektronen und werden dadurch ionisiert.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Massenspektrum?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Massenspektrum ist die Menge der verschiedenen Massen, die bei der Untersuchung eines Moleküls im Massenspektrometer auftreten.

Frage anzeigen

Frage

Wofür kann das Massenspektrometer in Geologie und Archäologie verwendet werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Verschiedene Altersbestimmungen basieren auf dem Verhältnis der verschiedenen Isotope eines Stoffs in einer Probe. Dieses kann mit dem Massenspektrometer untersucht werden.

Frage anzeigen

Frage

Wodurch gelangen die Teilchen im Massenspektrometer auf eine Kreisbahn?

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Antwort

Am Ende des Massenspektrometers befindet sich ein homogenes Magnetfeld. Dieses bringt die geladenen Teilchen durch die Lorentzkraft auf eine Kreisbahn.

Frage anzeigen

Frage

Warum benötigst du im Massenspektrometer einen Wienfilter?

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Antwort

Die Lorentzkraft hängt von der Geschwindigkeit ab. Um Anhand der Kreisbahn eine Aussage über die Masse treffen zu können musst du die Lorentzkraft und damit die Geschwindigkeit kennen.

Frage anzeigen

Frage

Gib an, wie viele Pole ein Magnet besitzt.

Antwort anzeigen

Antwort

1

Frage anzeigen

Frage

Definiere Permanentmagnet.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Permanentmagnet ist ein Magnet, der dauerhaft und ohne äußere Einflüsse magnetische Eigenschaften besitzt und ein Magnetfeld ausbildet.

Frage anzeigen

Frage

Welche Komponente findest du nicht im Fadenstrahlrohr?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Elektronenkanone
  2. Glaskolben mit Gasfüllung
  3. Helmholtzspulen

Frage anzeigen

Frage

Von welchen Größen hängt der Radius der Elektronenbahn ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Beschleunigungsspannung

Frage anzeigen

Frage

Warum leuchtet die Elektronenbahn?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektronen regen die Atome im Gas des Glaskolben zur Emission von Photonen an, wodurch die Bahn der Elektronen sichtbar wird.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Glühemission in der Elektronenkanone?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch eine Heizspannung wird eine Heizspule erhitzt. Dadurch können Elektronen die Heizspule verlassen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Kraft zwingt die Elektronen auf eine Kreisbahn?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit dem Radius, 

wenn du die Beschleunigungsspannung erhöhst?

Antwort anzeigen

Antwort

Er wird größer

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit dem Radius, wenn du die Stromstärke erhöhst?

Antwort anzeigen

Antwort

Er wird kleiner

Frage anzeigen

Frage

Wozu benutzt man das Fadenstrahlrohr?

Antwort anzeigen

Antwort

Zur Bestimmung der spezifischen Ladung eines Teilchens?

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung zeigt die Lorentzkraft im Fadenstrahlrohr?

Antwort anzeigen

Antwort

Zum Zentrum der Kreisbahn

Frage anzeigen

Frage

Wann benutzt du die rechte Hand bei der Drei-Finger-Regel?

Antwort anzeigen

Antwort

Fließen Ladungsträger vom Pluspol zum Minuspol (technische Stromrichtung), benutzt du die rechte Hand bei der Drei-Finger-Regel!

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was du unter magnetischer Induktion verstehst.

Antwort anzeigen

Antwort

Unter magnetischer Induktion verstehst du die Entstehung einer Induktionsspannung in einem elektrischen Leiter, der von einem Magnetfeld durchsetzt wird.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, welche Möglichkeiten Du hast ein sich zeitlich veränderndes Magnetfeld in einem ruhenden Leiter zu erzeugen?

Antwort anzeigen

Antwort

Du hast in dem Artikel drei verschiedene Möglichkeiten kennengelernt, nämlich:

  • durch einen bewegten Permanentmagneten in einer Leitschleife
  • durch Änderung des induzierten Magnetfeldes durch eine Gleichstromquelle und einen Schalter
  • durch Änderung des induzierten Magnetfeldes durch eine Wechselstromquelle


Frage anzeigen

Frage

Erläutere die Lenzsche Regel.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Regel von Lenz besagt, dass der Induktionsstrom immer so gerichtet ist, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, wie du die Lenzsche Regel auf einen ruhenden Leiter übertragen kannst.

Antwort anzeigen

Antwort

Versuchsaufbau:

Ein Stabmagnet wird in einen beweglich aufgehängten Aluminiumring bewegt.


Beobachtung:

Der Aluminiumring bewegt sich entgegengesetzt zur Bewegung des Magneten. Die entstehende Kraft auf den Aluminiumring wirkt also ihrer Ursache entgegen. Dies kann über die Lenzsche Regel erklärt werden.

Frage anzeigen

Frage

Was verstehst du unter dem Hall-Effekt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Hall-Effekt erklärt die Bewegung von elektrischen Teilchen in einem Leiterplättchen, das sich in einem stationären – also zeitlich und örtlich unveränderlichen – Magnetfeld befindet. Dabei entsteht eine Spannung – die so genannte Hall-Spannung.  

Frage anzeigen

Frage

Welchen mathematischen Zusammenhang kannst du zwischen der Feldstärke und der Hall-Spannung erkennen?

Antwort anzeigen

Antwort

Zwischen der Feldstärke und der Hall-Spannung lässt sich ein linearer Zusammenhang erkennen. Das bedeutet, dass das Verhältnis der beiden Größen durch eine Gerade dargestellt werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter der Hall-Konstante?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Hall-Konstante handelt es sich um eine stoffabhängige Konstante – also einen konstanten Wert, der davon abhängt, welche Eigenschaften das Leiterplättchen aufweist. 

Frage anzeigen

Frage

Wie kann das Auftreten der Hall-Spannung in einem Leiterplättchen erklärt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektronen im Leiterplättchen werden anhand der Lorentzkraft durch das Magnetfeld abgelenkt. Es entsteht an einem Ende des Leiterplättchens ein Elektronenüberschuss (negative Ladung) und am anderen Ende ein Elektronenmangel (positive Ladung). Daher bildet sich ein elektrisches Feld aus, an dem eine Spannung abfällt – die Hall-Spannung. 

Frage anzeigen

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