Energieumwandlung im elektrischen
Feld eines Plattenkondensators:
Definition des Potenzials und der Spannung
Über die elektrische Spannung U wissen wir aus der Mittelstufe :
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("Leistungsfähigkeit des Stromes" bei konstanter Stromstärke) |
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("Arbeitsfähigkeit der Ladung") |
Im Folgenden soll die Spannung nun über den Begriff des Potentials eingeführt werden.
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Berechnung der Arbeit, um eine Probeladung q im elektrischen Feld eines Plattenkondensators (Plattenabstand d) entlang der Feldlinien von einer Platte zur anderen zu verschieben: W01 = Fs·s = Fq·d = E·q·d |
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Für einen Weg schräg zu den Feldlinien ergibt sich: W02 = Fs·s = (Fq·cos |
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Die Arbeit ist also unabhängig vom eingeschlagenen Weg (W12 = W21 = 0, da Kraft und Weg senkrecht aufeinander stehen).
Allgemein gilt für zwei beliebige Punkte Pi und Pj des elektrischen Feldes:
Wij = E·q·
xij
(wobei xij
parallel zu den el. Feldlinien ist.)
ein
Kennzeichen des Punktes Pi unabhängig von der Probeladung q.;
Einheit: 1 J/C = 1 Ws/As = 1 V Linien, die Punkte mit gleichem Potenzial verbinden, heißen Äquipotenziallinien.
Bestimmt man nun die Überführungsarbeit W12 mit Hilfe des Potenzials, so ergibt sich:
W12 = W02 - W01 = q·φ02 - q·φ01 = q·(φ02 - φ01)
Def: Elektrische Spannung zwischen den Punkten P1 und P2:
; Einheit: 1 V
Aus den obigen Überlegungen ergibt sich für die elektrische Feldstärke beim Plattenkondensator:
)·s
= Fq·(cos