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Elektrizitätslehre

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Physik

Fast alles um dich herum benötigt Elektrizität: Das Display auf dem du das liest, das Licht in deinem Zimmer oder der Kühlschrank in deiner Küche: Das sind alles elektrische Geräte! Aber auch Gewitter oder sogar dein Nervensystem funktionieren genau so nach dem Prinzip elektrischer Zusammenhänge:

In dem Abschnitt der Physik, der Elektrizitätslehre, lernst du die Hintergründe all dieser spannenden Phänomene kennen und verstehst dann wirklich was aus der Steckdose kommt.

Elektrische Ladung

Betrachtest du die Elementarteilchen von Atomen sind Protonen im Kern positiv geladen und die Elektronen in der Hülle negativ geladen.

Welche Wechselwirkungen treten auf, wenn ein Ungleichgewicht von positiv und negativ geladenen Teilchen vorliegt?

Sind Protonen und Elektronen in einem Atom im Gleichgewicht ist das Teilchen elektrisch neutral. Hat ein Atom mehr Elektronen als Protonen, also einen Elektronenüberschuss, ist es elektrisch negativ geladen. Bei einem Elektronenmangel ist es positiv geladen.

Ladungen (Symbol Q) werden mit der Einheit Coulomb (Symbol C) nach dem Physiker Charles Augustin de Coulomb beschrieben.

Verhalten geladener Körper

Wie verhalten sich diese geladenen Körper nun? Schauen wir und ein Beispiel an:

Du kennst das bestimmt: Reibst du einen Luftballon an deinen Haaren zieht dieser deine Haare an und deine Haare stehen zu Berge! Doch was passiert dabei?

Der Luftballon wird dabei elektrisch geladen. Jetzt sind die Ladungen deiner Haare und die des Ballons voneinader verschieden.

Nun werden die Haare vom gegensätzlich geladenen Ballon angezogen und richten sich deswegen zum Ballon aus. Probiere das ruhig mal bei der nächsten Party aus!

Gleiche Ladungen stoßen sich ab, Ungleiche Ladungen ziehen sich an!

Weitere Themen zu Ladungen

Geladene Körper bilden viele weitere interessante Phänomene aus, die wir mit Hilfe der Physik beschreiben können! Hier eine Übersicht über die Themen, die dich noch im Abschnitt Ladungen der Elektrizitätslehre erwarten:

  • Ladungen verhalten sich in Leitern anders, denn dort können sie sich frei bewegen.
  • Geladene Körper üben Kräfte auf einander aus. Bei leitfähigen Körpern bildet sich unter anderem die Influenz, wobei dieser Körper polarisiert wird.
  • Ladungen können mit Hilfe des Elektroskops gemessen werden.
  • Bei dem Millikan-Versuch wurde die Elementarladung genauer bestimmt.

Elektrische Stromkreise

Stromkreise sind fundamental für unser modernes Leben! Schaust du dich um, bist du umgeben von elektrischen Geräten. Und jedes Gerät hat einen elektrischen Stromkreis, der ihm ermöglicht seine Funktion zu erfüllen. Vom einfachen Lichtschalter bis hin zum komplexem Smartphone basieren alle diese Schaltungen auf den gleichen elektrischen Prinzipen. Im Thema elektrische Stromkreise lernst du nun den Hintergrund dazu kennen!

Einfacher Stromkreis

Grundsätzlich kannst du dir Stromfluss in einem Stromkreis so vorstellen das Ladungen entlang von Leitern fließen. Wir bilden einen Kreislauf von der positiven Seite einer elektrische Quelle zur negativen Seite.

Dabei fließt Strom ähnlich wie Wasser von oben nach unten durch den Stromkreis, wobei die Spannungsquelle wie eine Pumpe funktioniert. Diese Darstellung unter Zuhilfenahme des Wasserflusses wird auch Wassermodell genannt und ist eine wichtige und hilfreiche Modellvorstellung in der Physik.

Angetrieben durch die elektrische Quelle existiert also ein Stromfluss im Kreislauf. Nun kann man die Stärke der Quelle und den Fluss der Ladungen beschreiben:

Die "Stärke" der elektrischen Quelle im Stromkreis wird beschrieben durch die elektrische Spannung U. Gemessen wird die elektrische Spannung in der Einheit Volt (Symbol V).

Der "Fluss" der Ladungen wird als elektrischer Strom I bezeichnet. Gemessen wird der elektrische Fluss in der Einheit Ampere (Symbol A).

Im Wassermodell entspricht die Spannung der Höhe die das Wasser nach oben gepumpt wird, der Strom entspricht dem Wasserdurchfluss nach unten.

Möchtest du verstehen wie man Strom und Spannung messen kann? Sieh dir unsere Artikel zum Thema an!

Widerstand

In jedem Stromkreis gibt es einen Widerstand zwischen den Seiten der elektrischen Quelle. Dieser hemmt den Fluss der Ladungen von der einen zur anderen Seite der Quelle.

Existiert kein Widerstand zwischen den beiden Seiten der Quelle, haben wir einen so genannten Kurzschluss: Die Ladungen fließen mit sehr hohem Strom ungehindert durch den Stromkreis! Achtung: Es wird hierbei zwischen einem Widerstand als Bauteil und dem inneren Widerstand von typischen elektrischen Komponenten unterschieden.

Merke dir: Der Widerstand kann durch viele verschiedene elektrische Bauteile verursacht werden: klassische Widerstände als Bauteil, Glühlampen, Spulen, Messgeräte usw.

Die "Hemmung" des Stromflusses in einem Stromkreis wird als Widerstand R bezeichnet. Gemessen wird der elektrische Widerstand R in der Einheit Ohm (Symbol Ω).

Das einfachste Beispiel für einen anschaulichen Widerstand ist eine Glühbirne in einem Stromkreis zusammen mit einer elektrischen Quelle:

Liegt eine niedrige Spannung an der Spannungsquelle an, leuchtet die Lampe nur schwach. Legt man jedoch eine höhere Spannung an leuchtet die Glühbirne stärker! Somit ist auch der Stromfluss gestiegen. Der Widerstand der Glühbirne bleibt jedoch gleich.

Setzt man nun zwei gleiche Glühbirnen hintereinander in den Stromkreis, wirst du bemerken, dass das Leuchten der beiden Glühlampen plötzlich schwächer geworden ist, als es bei einer einzigen Glühlampe der Fall war. Wir haben den Widerstand durch Reihenschaltung erhöht.

Was passiert wenn man Wiederstände in reihe oder parallel schaltet? Siehe dir den Artikel zum Ohmschen Gesetz an!

Ohmsches Gesetz

Beim vorherigen Beispiel haben wir eine Beziehung festgestellt zwischen Strom, Spannung und Widerstand! Das Ohmsche Gesetz lautet wie folgt:

oder

Elektrische Leistung und Arbeit

Sicherlich hast du dich schon mal gewundert, was denn die Angaben auf elektrischen Geräten bedeuten! Wie kommen die 1000W auf dem Heizlüfter zustande? Und was ist eine Kilowattstunde nach der die Stromrechnung kalkuliert wird? Hier schauen wir uns das kurz an:

Elektrische Leistung: mit Einheit Watt (Symbol W)Elektrische Arbeit: mit Einheit Wattsekunde (Symbol Ws)

Somit verbraucht ein Heizlüfter mit 1000 W in einer Stunde 1000 mal 3600 Ws oder 1 KWh

Kirchhoffsche Gesetze

Komplizierte Stromkreisläufe kannst du wahrscheinlich nicht mehr Intuitiv berechnen. Hier helfen dir die Knoten und Maschenregel weiter:

Knotenregel: In jedem Verzweigungspunkt sind ein- und abfließende Ströme gleich

Maschenregel: Die Summe aller Teilspannungen ist gleich der Spannung der Quelle

Komplexere Schaltungen können schnell unübersichtlich werden! Oft kommen Widerstände in verschiedenen Kombinationen vor.

Siehst du beispielsweise eine Schaltung mit drei Widerständen hintereinander in einer Reihe, dann kannst du die Maschenregel anwenden: Die Summe der Spannungen die jeweils an den drei Widerständen abfällt muss der Spannung der Quelle entsprechen! Genau so darfst du dann den Widerstand der drei einzelnen Widerstände zusammen addieren um den gesamten Widerstand zu berechnen.

Energieversorgung

Hast du dich schon mal gewundert, wo der Strom aus der Steckdose her kommt? Wie aus der Sonnenenergie elektrische Energie wird oder wie Generatoren funktionieren? Oder wie Energiespeicher Leistungsspitzen im Stromnetz ausgleichen? Schau dir unsere Artikel zum Thema Energieversorgung an!

Elektrische Bauteile

Außer Widerständen gibt es noch viele andere Komponenten in elektrischen Schaltungen! Hier eine Übersicht der Bauteile über die du mehr in den jeweiligen Artikeln nachlesen kannst:

  • Transformatoren zur Umwandlung von verschiedenen Spannungen
  • Kondensatoren zum Speichern von elektrischer Energie
  • Spulen
  • Dioden
  • Transistoren
  • Batterien

Elektromagnetische Felder

Sicherlich hast du Magneten erlebt, wie sie sich anziehen oder abstoßen. Oder das Beispiel aus dem Abschnitt: Ladungen, in dem wir einen Ballon an deine Haare geführt haben. Diese beiden Phänomene lassen sich mit Hilfe von Feldern beschreiben. In dem Abschnitt kannst mehr über Elektrische- und Magnetfelder lernen und die Wechselwirkungen zwischen Ihnen verstehen!

Elektrische Felder

Eine elektrische Ladung erzeugt um sich ein elektrisches Feld. Diese Feld ist aufgrund der Ladung nun in Richtung und Stärke festgelegt. Die Felder mehrerer Ladungen überlagern sich dabei gegenseitig.

Wir können die Felder mittels Feldlinien beschreiben. Diese verlaufen so, dass an jedem Punkt entlang der Linie das Feld genau in Richtung der Feldlinie gerichtet ist. Zusätzlich können Äquipotentiallinien vorhanden sein, welche im Lot zu den Feldlinien verlaufen und ein Niveau von gleichem Potential aufzeigen. Wir können nun eine Feldstärke definieren, welche dieses Feld beschreibt:

Die elektrische Feldstärke beschreibt die Stärke und die Richtung eines elektrischen Feldes.

Sie ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft auf eine Probeladung und der Ladung q der Probeladung:

Weiteres zu Elektrischen Feldern findest du in unseren Artikeln zum Thema! Hier kannst du beispielsweise lernen Felder zu berechnen oder mehr über die Coulombkraft erfahren!

Magnetische Felder

Mit Magneten bist du sicherlich vertraut. Diese besitzen, ähnlich zum elektrischem Feld, ein magnetisches Feld. Es gibt nicht nur Stabmagneten, sondern sogar die Erde hat ein Magnetfeld, deswegen funktionieren unter anderem Kompasse. Und selbst elektrische Leiter erzeugen Magnetfelder!

Genau so wie elektrische Felder lassen sich magnetische Felder beschreiben, jedoch mit einigen Unterschieden: Statt positiver und negativer Ladung gibt es Nord- und Südpol. Hast du schonmal versucht einen Magneten zu durchbrechen? Ziemlich verrückt, dass trotzdem wieder zwei Nord- und Südpole dabei entstehen, oder nicht? Nord- und Südpol treten bei einem Magneten immer gemeinsam auf.

Magnete können ferromagnetische Stoffe wie Eisen auch magnetisieren. Dieses Phänomen nennt man magnetische Influenz. Deswegen kleben die Magneten auch am Kühlschrank aus Eisen!

In unseren Artikeln findest du mehr Informationen zum magnetischem Feld und vor allem dazu wie magnetische Felder durch stromdurchflossene Leiter erzeugt werden!

Induktion

Möchtest du verstehen, wie denn Induktionsherde funktionieren? Wie schaffen sie es Energie an den Topf zu transferieren ohne direkte Hitze? Oder warum funktioniert denn das induktive Laden deines Handys?

Die Antwort ist: Induktion

Ein Magnetfeld, das eine Spule durchsetzt und sich ändert, erzeugt dies in der Spule eine sogenannte Induktionsspannung. Umgekehrt lässt sich durch Stromfluss durch die Spule ein magnetisches Feld induzieren.

Weiteres zum Thema findest du in unseren Artikeln zum Thema Induktion, inklusive aller Berechnungsmethoden!

Elektromagnetische Schwingungen

Du kennst Schwingungen sicherlich aus anderen Teilbereichen der Physik wie der Mechanik. Auch elektrische Stromkreise können Schwingungen erzeugen! Das wohl bekannteste Beispiel ist die Wechselspannung, die auch bei uns an der Steckdose anliegt.

Wechselstromkreis

Bisher haben wir uns nur mit Gleichstrom bei elektrischen Stromkreisen beschäftigt. Nun betrachten wir den Wechselstrom: Dieser wechselt sinusförmig von positiver zu negativer Spannung mit einer Frequenz, die bei unserem technischem Wechselstrom an der Steckdose 50Hz beträgt.

Nun kannst du zum Berechnen des Wechselstroms und der Wechselspannung nicht die Formeln für den Gleichstrom anwenden!

Wie genau du die Effektivwerte für Wechselstrom und Wechselspannung berechnest, erfährst du in unserem Artikel zum Thema!

Schwingkreise

Schwingkreise lassen sich bei Schaltungen aus Kombinationen von Kondensator, Spule und in komplexeren Fallen auch mit Widerständen bilden.

Dabei gibt es verschiedene Formen von elektromagnetischen Schwingkreisen: Geschlossener und offener Schwingkreis, Gedämpfter- und Ungedämpfter Schwingkreis.

Möchtest du mehr über die verschiedenen Schwingkreise lernen? Schau dir unsere Artikel zum Thema an!

Elektrizitätslehre – Alles auf einen Blick

  • Elektrische Ladungen entstehen durch Ungleichgewicht bei den Elementarteilchen (Protonen und Elektronen)
  • Gleiche Ladungen stoßen sich ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an!
  • Stromkreise bilden einen Kreislauf von der positiven Seite einer elektrische Quelle zur negativen Seite.
  • Die "Stärke" der elektrischen Quelle im Stromkreis wird beschrieben durch die elektrische Spannung U mit Einheit Volt (Symbol V)
  • Der "Fluss" der Ladungen wird als elektrischer Strom I bezeichnet mit Einheit Ampere (Symbol A)
  • Ein Widerstand R mit der Einheit Ohm Ω, hemmt den Fluss der Ladungen im Stromkreis
  • Das Ohmsche Gesetz beschreibt das Verhältnis von Strom, Spannung und Wiederstand:
  • Elektrische Leistung: mit Einheit Watt (Symbol W)
  • Elektrische Arbeit: mit Einheit Wattsekunde (Symbol Ws)
  • Die Kirchhoffschen Gesetze helfen dir mit Knoten und Maschenregel kompliziertere Schaltungen zu berechnen
  • In weiteren Artikeln behandeln wir die Energieversorgung und weitere elektronische Bauteile
  • Elektromagnetische Felder lassen sich durch Feldlinien beschreiben
  • Elektrische Felder besitzen eine Feldstärke:
  • Magnetfelder lassen sich durch stromdurchflossene Leiter erzeugen
  • Wenn sich ein Magnetfeld, dass eine Spule durchsetzt ändert, wird in der Spule eine Induktionsspannung induziert
  • Der Wechselstrom wechselt sinusförmig von positiver zu negativer Spannung mit einer Frequenz f
  • Schwingkreise lassen sich bei Schaltungen aus Kombinationen von Kondensator, Spule und in komplexeren Fallen auch mit Widerständen bilden

Finales Elektrizitätslehre Quiz

Frage

Auf welche Teilchen wirkt die Lorentzkraft?

Antwort anzeigen

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.

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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?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft und die Coulombkraft

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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?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft

Frage anzeigen

Frage

Wann kann ein Teilchen das Geschwindigkeitsfilter passieren?

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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.

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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?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Linse

Frage anzeigen

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?

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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?

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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

Prüfe mit der rechten Hand Regel welcher der folgenden magnetischen Feldlinien bei einem stromdurchflossenen geraden Leiter richtig ist!

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Antwort

A

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Frage

Welche Komponente findest du nicht im Fadenstrahlrohr?

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Antwort

  1. Elektronenkanone
  2. Glaskolben mit Gasfüllung
  3. Helmholtzspulen
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Frage

Von welchen Größen hängt der Radius der Elektronenbahn ab?

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Antwort

Beschleunigungsspannung

Frage anzeigen

Frage

Warum leuchtet die Elektronenbahn?

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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?

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Antwort

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

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Frage

Welche Kraft zwingt die Elektronen auf eine Kreisbahn?

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Antwort

Die Lorentzkraft

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Frage

Was passiert mit dem Radius, 

wenn du die Beschleunigungsspannung erhöhst?

Antwort anzeigen

Antwort

Er wird größer

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Frage

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

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Antwort

Er wird kleiner

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Frage

Wozu benutzt man das Fadenstrahlrohr?

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Antwort

Zur Bestimmung der spezifischen Ladung eines Teilchens?

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Frage

In welche Richtung zeigt die Lorentzkraft im Fadenstrahlrohr?

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Antwort

Zum Zentrum der Kreisbahn

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Frage

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

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Antwort

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

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Frage

Erkläre, was du unter magnetischer Induktion verstehst.

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Antwort

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

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Frage

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

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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


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Frage

Erläutere die Lenzsche Regel.

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Antwort

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

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Frage

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

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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?

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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?

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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.

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Frage

Was versteht man unter der Hall-Konstante?

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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

Frage

Was ist eine Anwendung des Hall-Effekts?

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Antwort

Den Hall-Effekt kannst du zum Messen der Stärke eines Magnetfeldes verwenden. Das Messgerät wird Hall-Sonde genannt.  

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