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

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 149
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
von 100 V, d.h. durch das elektrische Feld zwischen Kathode und Anode wird an den Elektronen eine Be-
schleunigungsarbeit verrichtet.
Größe der Beschleunigungsarbeit: W = e ⋅ ΔΦ
Diese Arbeit wird in kinetische Energie der Elektronen umgewandelt, d.h. kurz vor Erreichen der Anode
1 2
−17
haben die Elektronen die Energie Ekin
= m ⋅ v = e ⋅ ΔΦ = 100eV
= 1,
602⋅10
J
2
Hieraus lässt sich die Geschwindigkeit der Elektronen (m = 9,12 10 -31 kg) sofort bestimmen zu
v =
2 ⋅e
⋅ ΔΦ
6
= 5,
93 ⋅10
m / s
m
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit freier Elektronen ist im Vakuum um ein Vielfaches höher als im Festkör-
per.
7.3.3 Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz
Wenn in einem Leiter ein Strom fließt, so ist sein Inneres nicht feldfrei, d.h. es herrscht kein elektrostati-
sches Gleichgewicht im Innern des Leiters. Wird demnach eine äußere Spannung an einen Leiter angelegt,
so bewegen sich die Ladungsträger im Innern des Leiters aufgrund der elektrostatischen Kraftwirkung.
• Positive Ladungsträger von + nach - � technische Stromrichtung
• Negative Ladungsträger von - nach + � Richtung der Elektronenbewegung
Wird eine elektrische Spannung an einen Leiter gelegt, so fällt die gesamte Spannung über diesem Leiter
ab. In einem kleinen Leiterstück kann das elektrische Feld als konstant angenommen werden. Über diesem
Leiterstück liegt die Potentialdifferenz
ΦA
Leitwert G: I = G⋅
U
elektrischer Widerstand R: U = R⋅ I
Ohmsches Gesetz:
Δl
E
ΦB
U A B
= Φ − Φ = E ⋅ Δl
Die sich einstellende Stromstärke in diesem Leiter-
stück ist der anliegenden Spannung proportional.
Die Proportionalitätskonstante wird Leitwert ge-
nannt:
G = 1 R G in S (Siemens), R in Ω (Ohm)
Ist der sich einstellende Strom durch einen Leiter (oder durch ein Bauteil) proportional der angelegten Span-
nung, so gilt das Ohmsche Gesetz: U = R ⋅I