Kapazität und Induktivität
Lernziele
elektromagnetisches Feld
Elektrische Felder (Feldstärke E) und magnetische Felder (Feldstärke B) wirken mit einer Kraft FL auf elektrisch geladene Körper (Ladung Q) ein
- [math]\vec F_L = Q(\vec E + \vec v \times \vec B)[/math]
Das elektrische Feld beschleunigt einen geladenen Körper in (positive Ladung) oder gegen (negative Ladung) die Richtung des elektrischen Feldes. Die Kraftwirkung des Magnetfeldes steht normal zur Ebene, die von der Geschwindigkeit und der magnetischen Feldstärke aufgespannt wird. Bewegt sich der Körper parallel zu den magnetischen Feldvektoren (Feldlinien), wirkt keine Kraft.
Ein kleiner, geladener Körper mit der elektrischen Ladung Q0 erzeugt ein radialsymmetrisches Feld der Stärke
- [math]\vec E = \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{Q_0}{r^2}[/math] wobei [math]\epsilon_0[/math] = 8.854 x 10-12 F/m die elektrische Feldkonstante ist. Der Abstand von der Körpermitte bis zum Punkt, an dem man die Feldstärke misst, wird hier mit r bezeichnet.
Ein gerader stromdurchflossener Draht (Stromstärke I0) erzeugt ein magnetisches Wirbelfeld, d.h.die magnetischen Feldlinien bilden konzentrische Kreise um den Draht herum, wobei die Orientierung der Feldstärkevektoren B der rechten-Hand-Regel gehorcht. Die Stärke des Magnetfeldes nicmmt umgekehrt proportional mit dem Abstand zum sehr langen Draht ab
- [math]\vec B = \frac{\mu_0}{2\pi}\frac{I_0}{r}[/math] wobei [math]\mu_0[/math] = 4π x 10-7 H/m die magnetische Feldkonstante ist. Der Abstand von der Körpermitte bis zum Punkt, an dem man die Feldstärke misst, wird hier mit r bezeichnet.
Das Produkt der beiden Feldkonstanten ist gleich dem Reziprokwert der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat. In der Elektrizitätslehre ist die Lichtgeschwindigkeit eine universelle Naturkonstant, was Einstein zu folgendem Postulat bewogen hat: die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem Bezugssystem gleich gross.