Elektrizität und Magnetismus, Optik, Messungen und ihre Auswertung

Ulrich Hahn

• Verlag: De Gruyter Oldenbourg
• Jahr: 2014
• ISBN drucken: 9783110377224
• eBook-ISBN: 9783110377248
• Auflage: 1
• Thema: Physical Sciences
• Thema: Electrical Engineering & Telecommunications

Dieser Band umfasst die Kapitel Elektrizität & Magnetismus, Optik sowie Messungen und ihre Auswertung. Wie auch in den vorherigen Kapiteln wird großer Wert darauf gelegt, Brücken zu den zahlreichen Spezialgebieten besonders in der Elektrotechnik zu schlagen, bei Studiengängen mit Elektrotechnik als Nebenfach wird dieses inhaltlich gut abgedeckt. Im letzten Kapitel werden die Kenntnisse und Fertigkeiten vermittelt, die beim experimentellen Arbeiten, sei es im Praktikum oder bei Abschlussarbeiten, zwingend erforderlich sind, um Ergebnisse qualifiziert bewerten zu können.
Besondere Rücksicht wird in beiden Bänden auf die mathematischen Grundlagen genommen, denn dem Autor sind die Schwierigkeiten der Studierenden aus der langjährigen Erfahrung bei der Durchführung von Brückenkursen vor Beginn des Studiums wohl bekannt. Die Anforderungen werden schrittweise gesteigert und, falls erforderlich, spezielle mathematische Exkurse eingeschoben. So wird den Studierenden die Möglichkeit geboten, ihre Basiskenntnisse zu vertiefen, ohne auf Speziallitertatur zurückgreifen zu müssen.

5 Elektrizität und Magnetismus

Erscheinungen, die wir mit Elektrizität und Magnetismus verknüpfen, werden in vielen Bereichen der Technik angewandt, moderne Kommunikation wie Telefon, Radio oder Fernsehen, Computer, elektrische Antriebe und Beleuchtung, sowie die Automatisierung vieler Produktionsprozesse in der Industrie sind Beispiele dafür. Hervorzuheben ist auch die Rolle der elektrischen Energie im modernen Leben. Ihr problemloser Transport in elektrischen Leitern sowie ihre leichte Übertragbarkeit auf andere Energieträger ermöglichen viele Einsatzbereiche. Erst mit Elektrotechnik und Elektronik konnte die moderne Industriegesellschaft entstehen.

Im Zusammenhang mit Elektrizität kommt neben der Masse eine neue Eigenschaft der Materie ins Spiel, die so genannte „Ladung“. Schon im Altertum war bekannt, dass Bernstein (griechisch „electron“) durch Reibung aufgeladen werden kann und dann Kräfte auf andere Objekte ausübt. Es war schon damals bekannt, dass die Natur dieser Kräfte anders ist als die der allgegenwärtigen Schwerkraft. Auch der Magnetismus war schon im antiken Griechenland bekannt, die dort vorkommende Gesteinsart „Magnetit“ zieht z. B. Eisen an. Die Erde selbst ist ein großer Magnet, magnetische Kompassnadeln zeigen zum Nordpol. Lange Zeit wurden Elektrizität und Magnetismus als voneinander unabhängige Phänomene angesehen, bis Experimente ergaben, dass bewegte Ladungen, also elektrische Ströme, Kräfte auf Magnete ausüben. Maxwell ist es schließlich im 19. Jahrhundert gelungen, alle Erscheinungen von Elektrizität und Magnetismus durch vier Gleichungen zu beschreiben, welche auch heute noch uneingeschränkt gültig sind. Elektrizität und Magnetismus werden daher unter dem Begriff „elektromagnetische Wechselwirkung“, „Elektromagnetismus“ oder „Elektrodynamik“ zusammengefasst.

Die Rolle der elektromagnetischen Wechselwirkung geht weit über die technischen Anwendungen hinaus. Die Bausteine der Materie, die Atome, sind aus Teilchen aufgebaut, die Ladung tragen. Der Atomkern ist positiv geladen, die Elektronenhülle dagegen negativ. Kräfte zwischen diesen Ladungen halten die Atome zusammen. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung der Elektronenhüllen werden aus Atomgruppen Moleküle gebildet, alle chemischen Eigenschaften sind auf die Struktur der geladenen Elektronenhülle von Atomen zurückzuführen. Das Gleiche gilt für den Aufbau von Festkörpern und Flüssigkeiten, die Kohäsion, der Zusammenhalt, sowie ihre Deformationseigenschaften werden durch Kräfte zwischen den Atomen, also durch elektromagnetische Kräfte, bewirkt. Alle Kräfte, die im „täglichen Leben“ vorkommen, mit Ausnahme der Schwerkraft, können auf elektromagnetische Wechselwirkungskräfte zurückgeführt werden.

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5.1 Ladung und Ladungsstrom

Die „elektrische Aufladung“ von Gegenständen, genauer gesagt die Ladungstrennung, kann man gut beim Auftreten von Reibungselektrizität beobachten. Zieht man bei trockenem Wetter einen Pullover über ein Hemd, so erfolgt kurz nach der Aufladung die Entladung oder der Ladungsausgleich in Form von Funken und kleinen Blitzen. Auch beim Aussteigen aus einem Auto kann man einen „Schlag“ bekommen, wenn die Ladung, die man durch Reibung am Sitz erhalten hat, beim Berühren des Erdbodens abfließt.

Ein weiteres charakteristisches Merkmal von Körpern, die elektrisch aufgeladen worden sind, ist, dass sie Kräfte aufeinander ausüben. Je nachdem, aus welchen Materialien die Körper bestehen, bei denen durch Reibung eine elektrische Aufladung erfolgt, stoßen sie sich ab oder ziehen sich an. Werden zwei Glasstäbe an einem Katzenfell gerieben, so stoßen sie sich ab. Das gleiche ist der Fall, wenn die Stäbe durch Reibung an einem Seidentuch aufgeladen wurden. Ist da...

Inhaltsverzeichnis

• Weitere empfehlenswerte Titel
• Titel
• Impressum
• Vorwort zur zweiten Auflage
• Vorwort zur ersten Auflage
• Inhaltsverzeichnis
• 5 Elektrizität und Magnetismus
• 6 Optik
• 7 Messungen undihre Auswertung
• Index