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Abiturvorbereitung / Maturavorbereitung

Abitur­zu­sam­men­fas­sung Physik - Elek­tri­sches Feld, Q3 bis Atom­mo­delle

3.822 Wörter / ~16 Seiten sternsternsternstern_0.5stern_0.3 Autorin Karolina R. im Sep. 2016
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Abiturvorbereitung
Physik

Universität, Schule

Einhardschule Seligenstadt

Note, Lehrer, Jahr

2013

Autor / Copyright
Karolina R. ©
Metadaten
Preis 7.40
Format: pdf
Größe: 0.44 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternstern_0.5stern_0.3
ID# 58674







Elektrische Felder:

Homogenes und Inhomogenes Feld; Influenz

  • Elektrische Feldlinien: verlaufen vom positiven zum negativen geladenen Körper; Innere eines metallischen Körpers ist feldfrei; auf leitenden Oberflächen stehen die Feldlinien senkrecht zu einander.

  • Radialsymmetrisches Feld: elektrisches Feld um eine kugelförmige Ladung; E( = Feldstärke) ist nicht konstant

  • Homogenes Feld: E überall gleich groß; Feldlinien laufen parallel; Beispiel: Innenraum Kondensator

  • Influenz bei Leitern: Annäherung eines elektrisch geladenen Körper an einen Leiter bewirkt eine innere Ladungsverschiebung; Beispiel: Elektroskop und geladener Stab

  • Polarisation: Annäherung eines elektrischen geladenen Körper an einen Nichtleiter bewirkt eine Dipolausrichtung innerhalb der Atome/ Moleküle; dies führt dazu, dass die neutralen Körper von elektrische geladenen angezogen werden

  • Elektrische Ladung: Elektronenmangel oder Elektronenüberschuss; Spannung gibt an wie hoch der Unterschied zwischen den zwei Ladung ist; Ausgleichsbestrebungen; Abstossen und Anziehen; Zum Nachweis dient ein geerdetes Elektroskop

  • Ladung als Erhaltungsgröße: bedeutet, dass Ladung nicht erzeugt oder vernichtet werden können. Ladungen können höchstens ausgeglichen der getrennt werden; Erhaltungssatz: In einem abgeschlossenen System, d.h. in einem Raumteil, dem weder Ladungen zugeführt noch entnommen werden kann, ist die Summe der Ladungen unveränderlich.

Quantisierung der Ladung

Milikan Versuch:

  • Physikalisches Experiment, welches eine sehr präzise Angabe zur Elementarladung e liefert

  • Zwischen den Platten werden Öltröpfchen gesprüht(= durch Reibung geladen)

  • Durch geeignete Spannung können die Tröpfchen in den Schwebezustand übergeführt werden

  • Nach Abschaltung der Spannung wird die Sinkgeschwindigkeit gemessen und notiert

  • Berechnet wird die Ladung der Teilchen über (elektrische Kraft) Fel= Fg

  • (Gewichtskraft) und Fg = Fr (Reibungskraft)

  • Positive und negative geladene Teilchen besitzen ein Vielfaches der Elementarladung

  • Ladungsbestimmung mit der Schwebemethode: Im Schwebefall gilt: Fel= FG -> QE= mg

  • Probleme bei der Versuchsdurchführung:

  • Schwebezustand schwer zu erzeugen (Brownsche Bewegung)

  • Radius schwer zu bestimmen

  • Er ermittelte als Wert für die Elementarladung: e =1,59210−19C

  • Ladung eines schwebenden Elektrons berechnen: Fel+ Fa= Fg

  • Radius berechnen: Fg=Fa+Fr


Coulombkraft:

Coulombsche Gesetz:

  • Wie stark sich zwei Körper oder Teilchen anziehen oder abstoßen hängt von der Stärke der Ladung und dem Abstand zwischen den Körpern/ Teilchen ab.

  • Die Dielektrizitätszahl auch dielektrische Leitfähigkeit genannt, gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder relativ zu der Durchlässigkeit im Vakuum an.

  • Die elektrische Feldkonstante ist die Permittivität des Vakuums, d.h. sie gibt an wie durchlässig das Vakuum für elektrische Felder ist


Superpositionsprinzip:

  • Überlagerung gleicher physikalischer Kräfte am gleichen Ort

  • Kraft, die nach links zieht, wirkt auf Körper = Körper bewegt sich nach links

  • Zweite Kraft hinzu (wirkt nach oben) -> es entsteht ein Kräfteparallelogramm. Der Körper bewegt sich nach links und oben also diagonal.

  • Kraft, die aus zwei unabhängigen/ungestörten .....[Volltext lesen]

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Spule: resultierende Magnetfeld ergibt sich aus Überlagerung der Felder, die durch die Schleifen hervorgerufen werden. Im Inneren verlaufen die Feldlinien nahezu parallel(Homogenes Feld). Das Magnetfeld ist umso größer, je größer die elektrische Stromstärke und je höher die Wicklungszahl der Spule ist; vom Südpol zum Nordpol (Innen); Außen= ähneln einem Stabmagneten von Nord zu Südpol


Bewegung von Ladung als Ursache der Magnetfeldern: elektrische Flussdichte = magnetische Feldstärke; fließt elektrische Strom(bewegte Teilchen)


Magnetfeld im Inneren einer Spule: Feldlinien verlaufen nahezu parallel; lässt sich mit Hallsonde(Messgerät zur magnetischen Feldstärke) bestätigen; an den Enden der Spule ist die Feldstärke etwas geringer; kann nur ablenken nicht beschleunigen


Ladungsträger in elektrischen und magnetischen Feldern

Lorentzkraft

Lorentzkraft: bezeichnet man die Kraft, die auf einzelne bewegte Ladungsträger in einem Magnetfeld wirkt; senkrechte Beziehung 45 Grad; ändert ihren Betrag nicht sondern nur die Richtung der Geschwindigkeit( ,da senkrecht auf Bewegungsrichtung)

Drei Fingerregel: Daumen: Stromrichtung; Zeigefinger: Feldlinien und Mittelfinger: Kraft; Technische Stromrichtung: von plus nach minus (rechte Hand); physikalische Stromrichtung: von Minus und Plus (linke Hand)

Bewegung von Ladungsträgern in den Feldern


Braun´sche Röhre:


Zuerst wird ein Metall im Innern der Röhre erhitzt, wodurch Elektronen emittiert werden(glühelektrischer Effekt). Der Wehneltzylinder ist wie das Elektron negativ geladen, die Anode danach positiv. Durch gleichzeitiges Abstoßen der Elektronen im Zylinder und Anziehung durch die hoch positiv geladene Anode gelingt die Bündelung der Elektronen.
Nach dem Austritt aus dem Wehneltzylinder befindet sich das Elektron also auf dem Weg zur positiv geladenen Anode.

Es handelt sich hierbei um einfache Energieerhaltung (die potentielle Energie des Elektrons am Ort der Glühkathode wird in kinetische Energie umgewandelt). Durch die Anode gelangt das Elektron dann zu dem "Ablenksystem"(horizontale und vertikale Platten), welches das Elektron dann zu der richtigen Position auf dem Schirm lenkt.Die Ablenkung des Strahls lässt sich mit der Lorentzkraft erklären; Findet man in alten Fernsehern; Oszillatoren

  1. Bestimmung Geschwindigkeit: Ekin= Epot; U*e= ½ v²m


Einheit Elektronenvolt(eV):

Eine Einheit der Energie; Energie die ein Teilchen mit der Ladung 1 e (Elementarladung) erhält wenn es die Spannungen von 1 V durchläuft;


Fadenstrahlrohr: Bestimmung der Lorentzkr.....

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Aufbau und Funktionsweise

Geladene Teilchen, die in den Filter geschossen werden, bewegen sich durch einen Plattenkondensator, welcher innerhalb eines homogenen Magnetfeldes liegt. Dabei verlaufen die Feldlinien des elektrischen und magnetischen Feldes senkrecht zueinander.

Geladenes Teilchen wird von elektrischen Feld nach oben abgelenkt, aber zeitlich wirkt die Lorentzkraft nach unten; sind beide gleich, dann ist die Gesamtkraft null -> fliegen geradeaus. Da die Lorentzkraft proportional zur Geschwindigkeit ist, bleiben nur Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit im Filter auf einer geradlinigen Bahn, alle anderen Teilchen werden abgelenkt und lassen sich durch eine Blende am Ausgang abfangen.

Induktion, Selbstinduktion


Induktion: Die Erzeugung von elektrischer Spannung.


Induktionsgesetz: Ändert sich das von den Windungen einer Spule umschlossene Magnetfeld, so wird in ihr eine Spannung induziert(Faraday). Diese ist zB, abhänigig von der Windungszahl, der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung.


Lenzsche Regel: Der Induktionsstrom wirkt der Ursache seiner Entstehung entgegen. (Ansonsten ließen sich beliebig starke Magnetfelder erzeugen. Somit wer das Magnetfeld ein Perpetuum mobile und das ist mit dem Energieerhaltungssatz nicht stimmig.) Beispiel: Lampe, Spule und Stromkreis; volle Leistung kann sich das Magnetfeld nicht mehr ändern; Induktiver und ohmscher Widerstand


Energieerhaltung: In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller Energien konstant. Die Gesamtenergie bleibt erhalten.


Selbstinduktion: durch das sich ändernde Magnetfeld, induziert sich die Spule selbst; Einschalten: verhindert Anwachsen von I (nicht sofort max. Strom), mit dem Anwachsen der Stromstärke-> wächst magnetisches Feld -> wächst magnetische Flussdichte und verhindert zurückgehen von 0 auf I; gleichbedeutend mit einem Widerstand (Da Gegenspannung induziert, die das maximale Erreichen der Stromstärke verzögert); Die Induktionswirkung eines sich ändernden Magnetfeldes im eigenen Leiterkreis bezeichnet man als Selbstinduktion; wirkt ihrer Ursache entgegen.


Induktivität: beschreibt die Eigenschaft eines Leiters; Einheit ist Henry; hängt nur von den Eigenschaften einer Spule ab (Permeabilität, magnetische Konstante, Windungsanzahl, Länge, Fläche); gibt den Einfluss der Spule auf die Änd.....

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Elektromagnetischer Schwingkreis: Funktion: Aufladen eines Kondensators, besteht aus

Einem Kondensator und einer Spule;

  1. Kondensator ist geladen und magnetische Energie ist null

  2. Kondensator beginnt sich zu entladen(über die Spule) und die magnetische Energie nimmt um den gleichen Betrag zu ( Eel= Em)

  3. Kondensator ist ganz entladen; Entladestrom ist am stärksten; magnetische Energie ist maximal -> elektrische Energie ist minimal

  4. Induktivität bewirkt ein Weiterfließen des Stroms; Stromstärke und magnetische Energie nehmen ab; Kondensator lädt sich entgegengesetzt auf; Eel nimmt wieder zu

  • Kondensator wieder aufgeladen(nur umgepolt); Magnetische Energie null; Anfangszustände erreicht

    Charakteristische Größen

    Schwingungsdauer: gibt an, welche Zeit ein schwingender Körper für eine Periode zurücklegt.

    Frequenz: gibt an, wie viele Perioden ein schwingender Körper in einer Sekunde vollführt.

    Kreisfrequenz(auch Winkelgeschwindigkeit): gibt an, wie schnell sich ein Winkel in einer gewissen Zeit ändert.

    Energieerhaltung: Egesamt= konstant= Epotmax = Ekinmax ; jedes schwingende System weißt potentielle Energie auf.

    Resonanzphänomene ( Probleme und Anwendungen)


    Erzwungene und mechanische Schwingungen: Wird ein mechanischer Oszillator (Körper, der schwingen kann) von einer äußeren Kraft periodisch angeregt, so spricht man von einer erzwungenen Schwingung. (Beispiel: Kind auf einer Schaukel, das angestoßen wird; Oszillator: Resonator; Hände: Erreger); Erreger gibt immer gleich bleibende Bewegungen; der Resonator dagegen schwingt sich erst ein.

    Die Schwingungen werden immer größer bis sie gleich bleiben; Nach Einschwingvorgang schwingt der Resonator mit der gleichen Kreisfrequenz wie der Erreger; Amplitude am größten wenn Erregerfrequenz gleich der Eigenfreq.....

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    lineare Polarisation: Die Richtung der Schwingung ist konstant. Die Auslenkung aus der Ruhelage ändert periodisch ihren Betrag und ihr Vorzeichen. Die Richtung in Bezug auf eine bestimmte Ebene kann als Winkel angegeben werden oder als Anteil der beiden Komponenten parallel bzw. senkrecht.

    zirkulare Polarisation: Der Betrag der Auslenkung ist konstant, ihre Richtung ändert sich innerhalb der senkrecht zum Wellenvektor stehenden Ebene mit konstanter Winkelgeschwindigkeit.

    elliptische Polarisation ist eine Mischform. Die Auslenkung beschreibt dabei eine Ellipse

    Überlagerung von Wellen; Huygens`sches Prinzip


    Stehende Welle

    Stehende Wellen durch Reflexion: Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude, Richtungen sind entgegengesetzt; entstehen Schwingungsbäuche und Knoten; Knoten sind Wellenpunkte, die sich anscheinend sich nicht bewegen; die Punkte löschen sich aus; Bäuche treffen aufeinander-> Verstärkung; Stehende Wellen speichern die Energie; aufgrund Dämpfung müssen in die Bäuche immer wieder Energie nachgeliefert werden;

    Wellenlängenbestimmung: Ein Bauch ist die halbe Wellenlänge; (Bsp. 120cm lang mit drei Bäuchen lambda= 80cm); lambda= c/f

    Kundt´sches Rohr: Stehende Wellen sichtbar; ergeben später den Ton;mit Korkmehl gefüllt, dieses sammelt sich an den Schwingungsknoten; durch Stmpel sichtbar am Ende; Offener Anfang: Bauch; Geschlossenes Ende: Knoten

    Beugung und Interferenz


    Interferenzen am Gitter: ähnlich wie Doppelspalt; genauere Wellenlängenbestimmung. Ein Gitter besteht aus einer bestimmten Anzahl enger nebeneinander liegender Spalte. Der immer gleiche Abstand der Spaltmitten bezeichnet man allgemein als Gitterkonstante g.
    Im weißen - monochromatischen - Licht zerlegt das Gitter das Licht in die Spektralfarben 1., 2. .n.-Ordnung. So sieht man neben einem hellen weißen Streifen in der Mitte nach außen hin immer breiter werdende Farbbänder, die die reinen Spektralfarben von Violett (innen) bis Rot (außen) enthalten.

    Dieses funktioniert ähnlich wie beim Doppelspalt. Auch hier gibt es Wellenstrahlen, die sich an einem Punkt P auf Grund ihres Gangunterschiedes überlagern. Auf Grund der vielen durch das Gitter hervorgerufenen Strahlen spricht man hier auch von einer Vielstrahlinterferenz.
    Die rechnerische Beschreibung ist genauso wie beim Doppelspalt, wobei lediglich der Abstand der Spalte nun mit der allgemeinen Gitterkonstante beschrieben wird.
    Für die Hauptmaxima gilt demnach: n*λ = g*sin(α), mit n=0,1,2 . (n ist dabei die Ordnungsz.....

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    Atome absorbieren bestimmte Wellenlängen;

    trifft nun ein Photon auf das Atom, kann dieses

    absorbiert werden. Elektron steigt ein Orbital

    auf; Der Energiezustand wird erhöht; wechselt

    ein Elektron von einer tieferen auf eine höhere

    Bahn, so wird die Energiedifferenz als Photon

    absorbiert.


    Emission: Atome senden selbst Strahlen aus; Die Energie sinkt, da das Atom Photonen abgibt; die Photon die abgegeben werden, werden sichtbar auf dem Spektrum; wechselt ein Elektron von einer höheren Bahn auf eine niedrigere Bahn, so wird die Energiedifferenz dieser Bahnen als Photon emittiert.

    Balmer Formel: untersuchte 4 Linien des Wasserstoffspektrum; wird n größer, dann liegen die Linien sehr nah beieinander; Kennzeichen Balmer Serie n=2; fällt immer auf das zweit tiefste Energieniveau herab; teilweise sichtbar;

    Resonanzabsorption: 1. Versuch: Natriumatome emittieren nur Photonen einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich; 2. Versuch: Natriumatome absorbieren nur Photonen mit der Wellenlänge, die sie selber auch emittieren; 3. Versuch: Photonen anderer Wellenlängen werden nicht absorbiert

    Definition: Vorgang, dass ein Atom durch Absorption eines Lichtquants angeregt wird und bei Rückkehr in den ursprünglichen Zustand ein gleiches Lichtquant wieder aussendet. ( Aufnahme und Abgabe von der gleichen Energie)

    Franck- Hertzversuch: eine mit Quecksilber gefüllte Röhre wird durch eine Glühkathode erhitzt( Uh: mithilfe des glühelektrischen Effekts -> freie Elektronen); Zwischen Kathode und Anode Gitter (Beschleunigung der Elektronen durch elek. Feld); durch das Erhitzen bekommen die Elektronen Energie(kinetisch); Anode kann man Strom ablesen (-> Auffängerstrom zeigt wie viele Elektronen genug Energie um zur Anode zu gelangen); Gegenspannung hindert Elektronen .....

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