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Drehimpuls. Die Größe der Drehbewegung, die der Masse (m) in der linearen Bewegung entspricht, ist das Trägheitsmoment (I). Die Größe der Drehbewegung, die der Geschwindigkeit (v) in der linearen Bewegung entspricht, ist die Winkelgeschwindigkeit (ω). Somit besitzt ein rotierender Körper einen Drehimpuls, der … Weiterlesen
Betrachten wir ein rotierendes Teilchen. Auf ein Teilchen der Masse m wirkt die Kraft F, sodass es sich um die Achse O dreht. Das Teilchen befindet sich im Abstand r von der Drehachse. Zunächst ruht das Teilchen (v = 0). Durch die Kraft F bewegt es sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit und erfährt dabei eine Tangentialbeschleunigung. Der Zusammenhang zwischen Kraft (F), Masse (m) und Tangentialbeschleunigung des Teilchens wird durch Gleichung 3 beschrieben:
In einem Leiter wie Kupfer bewegen sich Elektronen mit hoher Geschwindigkeit zufällig und frei, ohne jedoch aus dem Metall auszutreten. Diese frei beweglichen Elektronen werden als freie Elektronen bezeichnet. Obwohl sie sich in alle Richtungen frei bewegen, gibt es keinen konzentrierten Elektronenfluss in eine bestimmte Richtung. Dieser Zustand tritt ein, wenn zwischen den beiden Enden des Kupferdrahts keine Potenzialdifferenz besteht.
Wird der Draht an eine Stromquelle angeschlossen, entsteht zwischen den beiden Enden des Kupferdrahts eine Potenzialdifferenz, wodurch ein elektrisches Feld im Draht entsteht. Dieses elektrische Feld bewirkt, dass auf freie Elektronen die elektrische Kraft F = qE = eE wirkt, wobei F die elektrische Kraft , e die Elementarladung und E die elektrische Feldstärke ist. Diese elektrische Kraft beschleunigt alle frei beweglichen Elektronen in Richtung der Kraft.
Ein Kondensator ist ein Bauelement, das elektrische Ladung und elektrische potenzielle Energie speichert. Ein einfacher Kondensator besteht aus zwei Leiterplatten, die dicht beieinander liegen, sich aber nicht berühren und durch einen Isolator oder ein Vakuum getrennt sind. Leiter sind Materialien, die elektrischen Strom leiten, wie beispielsweise Metalle, während Isolatoren Materialien sind, die keinen elektrischen Strom leiten, wie beispielsweise Kunststoffe.
Zunächst sind die beiden Leiter weder elektrisch geladen noch elektrisch neutral. Damit ein Leiter positiv und der andere negativ geladen wird, muss ein Elektronentransfer von einem Leiter zum anderen stattfinden. Da sich die Elektronen an der Atomoberfläche befinden, sind sie leicht zu bewegen. Nach dem Elektronentransfer weist einer der Leiter einen Elektronenüberschuss ( Protonenmangel) auf.
Dadurch wird der eine Leiter negativ geladen, während der andere Leiter einen Elektronenmangel (Protonenüberschuss) aufweist und somit positiv geladen wird. Eine detaillierte Beschreibung des Ladevorgangs elektrischer Ladungen in Kondensatoren wird im Abschnitt über die Speicherung elektrischer Energie in Kondensatoren erläutert.
Das elektrische Potenzial ist definiert als die elektrische potenzielle Energie pro Ladungseinheit. Angenommen, die Ladung q hat am Punkt a die elektrische potenzielle Energie EP<sub> a </sub> , dann lässt sich das elektrische Potenzial am Punkt a wie folgt formulieren:
V = elektrisches Potenzial, EP = elektrische potenzielle Energie, q = elektrische Ladung
Die Spannung V existiert nicht nur an Punkt a, sondern an jedem Punkt des elektrischen Feldes. Punkt a dient hier als Beispiel. Wie später erläutert wird, ist die Spannung V unabhängig von der Ladung q.
Bevor Sie sich mit diesem Thema befassen, sollten Sie zunächst die Arbeit, die konservativen Kräfte, den Zusammenhang zwischen den konservativen Kräften und der potenziellen Energie , die elektrischen Kräfte und das elektrische Feld verstehen.
Neben der Gravitationskraft und der Federkraft ist die elektrische Kraft ein weiteres Beispiel für eine konservative Kraft. Um besser zu verstehen, warum die elektrische Kraft als konservative Kraft bezeichnet wird, betrachten Sie die folgende Erklärung.
Elektrisches Feld einer einzelnen Punktladung
Um das elektrische Feld einer einzelnen positiven Ladung zu berechnen, wählt man zunächst eine sphärische Gaußsche Fläche mit Radius r, deren Mittelpunkt sich in der Ladung befindet. Die Oberfläche der Kugel beträgt 4πr².2.
Das aus dem Mittelpunkt der Kugel austretende elektrische Feld dringt senkrecht in die Kugeloberfläche ein, sodass die Formel für den elektrischen Fluss Φ = E A lautet. Die Formel des Gaußschen Gesetzes lautet Φ = Q/ε o.
Im Zusammenhang mit dem Coulombschen Gesetz wurde die Kraft zwischen elektrischen Ladungen untersucht. In einer Übersicht über das elektrische Feld wurde eine weitere Form des Coulombschen Gesetzes diskutiert, die durch die Gleichung F = q E ausgedrückt wird.
Dabei ist F die elektrische Kraft, q die elektrische Ladung und E das elektrische Feld. Das Coulomb-Gesetz ist ein physikalisches Gesetz, das den Zusammenhang zwischen der elektrischen Ladung (q) und dem elektrischen Feld (E) beschreibt.
Das Gaußsche Gesetz ist ein weiteres physikalisches Gesetz, das den Zusammenhang zwischen elektrischen Ladungen und elektrischen Feldern erklärt. Es wurde von Carl Friedrich Gauß (1777–1855), einem deutschen theoretischen Physiker und Mathematiker, formuliert.
Bezüglich des elektrischen Feldes wurden Definition und Gleichung des elektrischen Feldes erörtert , mit denen sich die Feldstärke einer einzelnen Ladung, mehrerer Ladungen oder einer Ladungsverteilung berechnen lässt. Die Berechnung der Feldstärke einer einzelnen oder zweier Ladungen erfolgt einfach mithilfe der Formel für die elektrische Feldstärke. Soll die Feldstärke einer Ladungsverteilung berechnet werden, ist die Berechnung mit der Formel für die elektrische Feldstärke komplizierter; hier vereinfacht sich die Anwendung des Gaußschen Gesetzes . Bevor wir das Gaußsche Gesetz genauer betrachten, ist es wichtig, den elektrischen Fluss zu verstehen, da dieses Konzept im Gaußschen Gesetz verwendet wird.
Im Zusammenhang mit elektrischer Ladung wurde gelernt, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen, während sich ungleichnamige anziehen. Bringt man einen positiv geladenen Körper in die Nähe eines negativ geladenen, ziehen sich die beiden an und bewegen sich aufeinander zu. Umgekehrt stoßen sich zwei positiv geladene Körper ab und entfernen sich voneinander. Wie im Abschnitt über das Coulomb-Gesetz erläutert, können elektrisch geladene Körper andere elektrisch geladene Körper beschleunigen, da zwischen ihnen eine elektrische Kraft wirkt. Die elektrische Kraft, die ein elektrisch geladener Körper auf einen anderen ausübt, ist ein Beispiel für eine Kraft, die berührungslos wirken kann. Ein weiteres Beispiel für eine Fernwirkung ist die Gravitationskraft . Die Gravitationskraft wirkt von einem Körper mit Masse auf andere Körper mit Masse.