Toolyard

Elektrostatik: Lernleitfaden

Kernideen

Die Elektrostatik behandelt Kräfte und Energie ruhender Ladungen. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an, und die Kraft nimmt mit dem Quadrat des Abstands ab.

  • Das Coulombsche Gesetz lautet F = kq₁q₂ ÷ r² mit k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². Die Kraft wirkt entlang der Verbindungslinie der Ladungen.
  • Das elektrische Feld E ist die Kraft pro Ladung. Es ist ein Vektor, und die Felder mehrerer Ladungen addieren sich vektoriell.
  • Das elektrische Potenzial V ist Energie pro Ladung. Es ist ein Skalar, die Potenziale mehrerer Ladungen addieren sich also als gewöhnliche Zahlen.
  • Ein Kondensator der Kapazität C bei der Spannung V speichert die Ladung Q = CV und die Energie ½CV²; für Plattenkondensatoren gilt C = ε₀A ÷ d.

Wichtige Gleichungen

  • F = kq₁q₂ ÷ r²
  • E = F ÷ q = kQ ÷ r²
  • V = kQ ÷ r
  • U = qV
  • C = ε₀A ÷ d
  • U_C = ½CV²

Durchgerechnetes Beispiel

Zwei Ladungen, 2,0 μC und 3,0 μC, haben 0,30 m Abstand. F = (8,99 × 10⁹) × (2,0 × 10⁻⁶)(3,0 × 10⁻⁶) ÷ 0,30² = 0,054 ÷ 0,090 = 0,60 N, und die Kraft ist abstoßend, weil die Ladungen dasselbe Vorzeichen haben. Bei doppeltem Abstand sinkt die Kraft auf 0,15 N.

Häufige Fehler

  • Den Abstand nicht quadrieren oder den Abstand in Zentimetern ohne Umrechnung einsetzen.
  • Ladungen in μC oder nC nicht in Coulomb umrechnen.
  • Potenziale wie Vektoren oder Felder wie gewöhnliche Zahlen addieren. Felder sind Vektoren, Potenziale sind Skalare.

Üben

Teste dich mit Übungsfragen zu diesem Thema: Elektrostatik

Tools in dieser Anleitung

Weitere Anleitungen

Snelliussches Gesetz, Brechung und TotalreflexionAtomorbitale erklärt: s, p, d und fWie Gelelektrophorese funktioniert und wie man ein DNA-Gel liestMondphasen, Gezeiten und Finsternisse erklärtDie Binomialverteilung, die Glockenkurve und das GaltonbrettReihen- und Parallelschaltung erklärtWie Puffer funktionieren: Henderson-Hasselbalch und PufferkapazitätMitose und Meiose: die Phasen, Crossing-over und NondisjunctionWie der Treibhauseffekt funktioniertFourierreihen erklärt: Wellen aus Sinusschwingungen bauenDas Bernoulli-Prinzip erklärt: Kontinuität, Venturi-Rohr und RohrreibungSo funktioniert elektromagnetische Induktion: Faradaysches Gesetz, Lenzsche Regel, Generatoren und TransformatorenSo funktioniert Chromatografie: Rf-Werte, Säulen und AuflösungDas Lambert-Beer-Gesetz erklärt: Extinktion, Spektralphotometer und KalibriergeradenSo funktioniert die Proteinbiosynthese: Transkription, Translation und MutationenFotosynthese und begrenzende Faktoren: Licht, Kohlenstoffdioxid und TemperaturRäuber-Beute-Zyklen: die Lotka-Volterra-Gleichungen erklärtSIR- und SEIR-Modelle: R₀, Herdenimmunität und das Abflachen der KurveDer Lebenszyklus eines Sterns und das Hertzsprung-Russell-DiagrammKristallgitter, Elementarzellen und RöntgenbeugungZellaufbau und Organellen: LernleitfadenMembranen und Transport: LernleitfadenZellen und Transport: LernleitfadenAtmung und Photosynthese: LernleitfadenZellzyklus und Meiose: LernleitfadenGenexpression und Proteinsynthese: LernleitfadenEvolution und natürliche Selektion: LernleitfadenÖkologie und Energiefluss: LernleitfadenHumanphysiologie: LernleitfadenNerven und Muskeln: LernleitfadenPflanzenbiologie: LernleitfadenImmunität und Epidemiologie: LernleitfadenEnzyme und Proteine: LernleitfadenBiotechnologie und molekulare Methoden: LernleitfadenMikrobielles Wachstum und Zählung: LernleitfadenAtombau und Licht: LernleitfadenReaktionskinetik: LernleitfadenChemisches Gleichgewicht: LernleitfadenFreie Enthalpie und Spontaneität: LernleitfadenWahrscheinlichkeit und Verteilungen: LernleitfadenUmlaufbahnen und Sternenlicht: LernleitfadenErdbeben, Platten und Altersbestimmung: LernleitfadenNomenklatur (Verbindungen benennen): LernleitfadenFunktionelle Gruppen: LernleitfadenStruktur und Bindung: LernleitfadenKohlenwasserstoffe: Alkane, Alkene und Alkine: LernleitfadenAlkohole, Phenole und Ether: LernleitfadenAldehyde und Ketone: LernleitfadenCarbonsäuren und Derivate: LernleitfadenAmine: LernleitfadenAromatische Verbindungen: LernleitfadenStereochemie: LernleitfadenSubstitution, Eliminierung und Carbokationen: LernleitfadenPhysikalische Eigenschaften und Acidität: LernleitfadenNMR- und IR-Spektroskopie: LernleitfadenLabortechniken: LernleitfadenKinematik: LernleitfadenElektromagnetische Induktion: LernleitfadenModerne Physik: LernleitfadenWurfbewegung: LernleitfadenArbeit, Energie und Leistung: LernleitfadenImpuls und Stöße: LernleitfadenKreisbewegung und Gravitation: LernleitfadenSchwingungen: LernleitfadenFluide: LernleitfadenWellen und Schall: LernleitfadenOptik: LernleitfadenMagnetismus: Lernleitfaden