Elektrische Feldstärke eines Dipols

1. Elektrische Feldstärke eines Dipols Anwendung: EKG Versuch

2. Inhalt • Elektrischer Dipol • Feldstärke und Potential um einen Dipol in • isolierender • schwach leitender Umgebung

3. Der elektrische Dipol d Q (+) Q (-) Ein Dipol ist die erste Näherung für eine beliebige Verteilung positiver und eben so vieler negativer Ladungen

4. Feldstärke eines Dipols in isolierender Umgebung („Vakuum“) Die Feldlinien zeigen die Richtung der Kraft auf eine Probeladung, die Dichte der Linien zeigt den Betrag der Kraft

5. Feldstärke und Linien gleichen Potentials • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau Die Linien gleichen Potentials („Äquipotentiallinien“) schneiden die Feldlinien im rechten Winkel: bei Transport einer Ladung senkrecht zur Feldlinie wird keine Arbeit verrichtet

6. Dipol im isolierenden Rahmen („Vakuum“) • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau Ein isolierender Rahmen ändert nichts an der Feld- und Potential-Verteilung

7. Die Ladungsträger im Elektrolyten sind Anionen und Kationen mit Hydrathüllen und unterschiedlicher Transport-Geschwindigkeit Dipol im Elektrolyten, umgeben von einem isolierendem Rahmen Elektrolyt • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau Die Ionen im Wasser verschieben sich, bis die Feldlinien parallel zum isolierenden Rahmen verlaufen: Der Dipol wird nach außen abgeschirmt

8. Aufbau der Feld verändernden Ladungswolken Der Außenraum ist Feld-frei! • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau Innerhalb des isolierenden Rahmens verschieben sich die Ionen zu statischen Ladungswolken

9. Ohne Strom würden Ladungswolken entsprechender Polarität den Dipol neutralisieren Gleichgewicht bei Stromfluss • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau Die gezeigte Feldverteilung erfordert einen konstanten Strom Fluss

10. Der Dipol als Spannungsquelle • Feldlinien: Orange, Äquipotential- Linien: Himmelblau Die Spannungsquellen der Membran sind Diffusionspotenziale, Na+ /K+ Pumpen erhalten die Konzentrationsunterschiede Konstanter Strom fließt, wenn der Dipol Ladung nachliefert: Der Dipol wirkt als Batterie (Deshalb ist der Dipol im EKG Versuch eine Batterie !)

11. Zellmebran polarisiert Im polarisierten Zustand ist die Zellmembran außen positiv geladen.

12. Äquipotential-Linie Depolarisation bei Beginn der Erregung Dipole auf der Aussenseite der Membran Die Zellmembran schirmt das Feld der Dipole innerhalb der Membran nach außen ab. Im schwach leitenden Außenraum (dem Körper) sind deshalb nur die Dipole auf der Aussenseite der Membran messbar

13. 0 mV Zellmebran polarisiert 40 Kein Signal an der Oberfläche des Körpers im polarisierten Zustand

14. 0 mV Depolarisation 40 Dipol Signal an der Oberfläche des Körpers bei Depolarisation

15. Zusammenfassung • Das Wasser im Körper mit seinen Elektrolyten ist ein schwach leitendes Medium • Durch Ladungsverschiebung im schwach leitenden Medium passt sich die Feldverteilung eines Dipols den Randbedingungen an: • Bei isolierender Umrandung des Elektrolyten bleiben die Feldlinien innerhalb der isolierenden Wände • Wirkt der Dipol als Spannungsquelle, dann bleibt die Feldverteilung durch Strom-Fluss stabil • Dipole innerhalb der Zellmembran sind deshalb nach außen abgeschirmt • Nur Dipole außerhalb der Zellmembran beeinflussen das Feld im Elektrolyten außerhalb der Zelle

16. finis „Künstlerisch freie“ Darstellung: Die Äquipotentiallinien enden in Wirklichkeit an der Körperoberfläche