Materialeigenschaften - Startpaket

1. Materialeigenschaften - Startpaket Leiter Nichtleiter

2. Inhalt • Leiter • Nichtleiter • Polarisation • Dieelektrikum • Dipolmoment

3. Eigenschaften von elektrischleitenden Materialien • Ladungen können sich innerhalb des leitenden Objekts beliebig bewegen • Antrieb: Coulomb-Kräfte • Beachte: anziehend- oder abstoßend

4. Bewegliche Ladung im Leiter • Ladungen, meistens Elektronen, bewegen sich, bis sie kräftefrei sind

5. Antwort von elektrisch leitenden Materialien auf elektrische Felder • Ladungen verschieben sich, bis sie kräftefrei sind: • In den Lagen des Gleichgewichts heben sich anziehende- und abstoßende Coulomb-Kräfte auf • Anwendung: Faradayscher Käfig

6. Feldfrei im Innern! Der Faradaysche Käfig In einem geschlossenen, leitenden Käfig ist die elektrische Feldstärke null

7. Ladungsverteilung im Faradayschen Käfig • Das Innere eines von einem Leiter umschlossenen Volumens ist feldfrei

8. Versuch zum Faradayschen Käfig • Im umschlossenen Volumen ist das Innere feldfrei • Ein Drahtkäfig mit Elektrometer steht auf einer leitenden Platte mit Elektrometer im Inneren des Käfigs. Beide sind zur Erde isoliert. • Wird die Anordnung aufgeladen, dann zeigt das Elektrometer im Inneren die Ladungsfreiheit.

9. Versuch zum Faradayschen Käfig: „Öffnen“ des Käfigs • Wird der Käfig abgenommen, dann gehört das Elektrometer im Innenraum zur Oberfläche, auf die sich die Ladung von der Bodenplatte verteilt: Es zeigt jetzt Ladung an. • Nur im umschlossenen Volumen ist das Innere feldfrei

10. Eigenschaften von Isolatoren (1) • Polarisation bei Annäherung eines geladenen Stabes:

11. Eigenschaften von Isolatoren (2) • Polarisation im homogenen Feld • Kondensator mit „Dielektrikum“

12. Antwort von Isolatoren auf elektrische Felder • Die Ladungen können im Objekt nicht beliebig weit verschoben werden Aber: • In elementaren Baugruppen, Atomen oder Molekülen, verlagern sich die Schwerpunkte negativer und positiver Ladungen: • Dadurch entstehen elektrische Dipole • Man nennt diesen Vorgang Polarisation

13. Das Dipolmoment Die Ladungen zur Erzeugung des elektrischen Feldes werden - entgegen der wachsenden Feldstärke - mit zunehmendem Energieaufwand auf die Platten transportiert

14. Das Dipolmoment

15. Zusammenfassung • In elektrisch leitenden Materialien sind die Ladung praktisch frei beweglich • Sie verschieben sich solange, bis sie kräftefrei sind • In Leitern können Ladungen über beliebig weite Wege transportiert werden • In Nichtleitern können Ladungen nicht beliebig weit verschoben werden • Bei Polarisation verschieben ich die Ladungsschwerpunkte auf der Skala der Atomdurchmesser • Im Material entstehen dadurch „Dipole“: Paare gleichgroßer Ladungen Q [C] unterschiedlichen Vorzeichens im Abstand vonl [m] mit dem Dipolmoment p=Q·l [Cm]

16. finis