Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 141
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
Durch die Kraftwirkung des äußeren elektrischen Feldes können Ladungsträger aus dem Inneren des leiten-
den Materials herausgezogen werden. Dieser Effekt wird Feldemission genannt.
Beispiele:
• Aufladung an trockenen Tagen und Schlagwirkung bei Berühren von geerdeten Gegenständen.
• Funkensprühen beim Kämmen, Knistern beim Aus- und Anziehen synthetischer Pullover.
7.2 Elektrisches Potential
7.2.1 Definitionen
In der Mechanik wurde die potentielle Energie eingeführt, um Bezugspunkte festzulegen. Die Differenz zwi-
schen zwei potentiellen Energien war dabei ein Maß für die Arbeit, die z.B. in eine Masse hineingesteckt
werden musste, um diese im Schwerefeld der Erde um eine gewisse Höhe anzuheben: Δ E = m⋅
g ⋅h
.
Wird eine Ladung durch ein elektrisches Feld bzw. die Coulombkraft verschoben, so wird an der Ladung
durch das Feld Arbeit verrichtet und die verrichtete Arbeit entspricht auch in diesem Falle einer Änderung
der potentiellen Energie:
dEpot = −FCoulomb
⋅ds
⇒ dEpot
= −Q
⋅E
⋅ ds
Auch hier ist die Bewegung relevant, die parallel zur Kraftwirkung ausgeführt wird. die Änderung der poten-
tiellen Energie ergibt sich dann zu
ΔE
pot
=
2
∫
1
− Q ⋅E
⋅ds
In der Elektrostatik wird meist nicht die potentielle Energie eine Ladung betrachtet, sondern die Energie
bezogen auf die Ladung. Es wird definiert die
2
dEpot
ΔEpot
Potentialdifferenz: d Φ = = −E
⋅ds
⇒ ΔΦ = Φ2
− Φ1
= = ∫ −E
⋅ds
Q
Q
Die Potentialdifferenz ist die durch ein elektrisches Feld verrichtete Arbeit pro Ladungseinheit,
wenn die Probeladung sich vom Punkt 1 zum Punkt 2 bewegt. Potentialdifferenz und Arbeit haben
entgegengesetzte Vorzeichen.
Im technischen Sprachgebrauch wird die Potentialdifferenz als elektrische Spannung bezeichnet. Allgemein
kann analog zur potentiellen Energie z.B. im Schwerefeld der Erde die ein Bezugspunkt des Potentials zu
Null gesetzt werden.
Spannung: U Φ − Φ = ΔΦ , 1 V = 1 J/C
12 = 2 1
Spannung und Potential haben die Einheit von Energie/Ladung.
1