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

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 146
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
Hieraus lässt sich allgemein das Durchflutungsgesetz ableiten, welches
eine bessere anschauliche Bedeutung hat, als die Schreibweise mit
Differentialoperatoren
1
∫ EdA
= ∫divE
dV = Qinnen
Gaußscher Satz
ε
S
V
0
Anschaulich: Der gesamte Fluss der elektrischen Feldlinien senk-
recht zu einer geschlossenen Oberfläche ist einzig abhängig von
der gesamten Ladung, die sich innerhalb der geschlossenen Ober-
fläche befindet.
Dieses Durchflutungsgesetz hat in der Elektrostatik und Elektrodynamik eine große Bedeutung (1. Maxwell-
sche Gleichung). Allerdings ist die mathematische Behandlung (Integration bzw. Differentiation) i.a. sehr
schwierig.
7.3 Elektrischer Strom:
7.3.1 Definitionen:
Strom
dQ
I = [A=Ampere]
dt
Unter Strom wird die pro Zeiteinheit transportierte Ladung Q verstanden, die durch die Querschnittsfläche
z.B. eines Leiters fließt.
Daraus folgt, dass die transportierte Ladung berechnet werden kann aus: Q = ∫Idt
Wenn die Stromstärke konstant ist, vereinfacht sich die obige Gleichung zu Q = I⋅
t
Stromdichte
I
j = , Strom pro Querschnittsfläche in einem Leiter
A
Spannung : Unter der elektrischen Spannung wird nach den Ausführungen im vorigen Kapitel ein Maß zur
Trennung von Ladungsträgern verstanden. Eine Spannung tritt immer dann auf, wenn positive und negative
Ladungsträger voneinander getrennt werden. Werden diese Pole miteinander verbunden, so findet ein La-
dungsträgeraustausch statt, d.h. es fließt ein Strom. Die Spannung ist gleich der Potentialdifferenz wischen
zwei Punkten, die gerade den Unterschied in der potentiellen Energie von Ladungen beschreibt.
ΔEpot
U = ΔΦ = 1 V = 1 J/C
Q
Die Ladung von 1 C ändert demnach die potentielle Energie um 1 J, wenn sie eine Spannung von 1 V
durchläuft.
Q
En
dA
Energieeinheit Elektronenvolt:
t
t
2
1