1.1 Grundlegende Beobachtungen

• Die Elektrizitt ist seit jeher bekannt:
  • Blitze, Licht, statische Aufladung von Haaren und Fellen, Magnetismus
  • Griechen: Elektrum Bernstein
• Es gibt verschiedene Phnomene:
  • Ladung /Magnetismus
  • Strom
  • elektromagnetische Wellen

1.1.1 Ladung

Symbolisiert wird die Ladung durch Q bzw. q. Ladung ist die Eigenschaft eines Krpers/Teilchens, elektromagnetische Kraft auszuben.

• Superpositionsprinzip:
• Polaritt :
  • Positive Ladung:
    Sammelt sich beispielsweise auf geriebenem Glasstab. Beispiele sind Protonen oder positive Ionen.
  • Negative Ladung:
    Sammelt sich zum Beispiel auf geriebenem Porzellan, Gummi. Als Beispiel seien Elektronen genannt.

  Konsequenz:

  
  

  Abstoung gibt es jedoch bei der Gravitation nicht.

• Quantelung:

  Fr freie Ladungen gilt:

  
  

  Dies ist die Elementarladung.

  Beispiele:

  • Elektron (Symbol: e^-): Q = -e
  • Positron (Symbol: e⁺): Q = +e
  • Proton (Symbol: p): Q = +e
  • Neutron (Symbol: n): Q = 0
  • Neutrino (Symbol: ): Q = 0
  • Photon (Symbol: ): Q = 0
  • Quarks: u, c, t: Q = +e, d, s, b: -e

    Quarks treten jedoch nur gebunden auf, so da Q = 0,±1e. Dieser Zusammenhang ist noch nicht verstanden.

• Ladungserhaltung:

  In allen Prozessen ist die Gesamtladung erhalten.

  Beispiel:

  Fr folgende Umwandlung zwischen Elementarteilchen gilt:

  Die Gesamtladung ndert sich somit nicht; sie bleibt erhalten:

  

  Ladung hngt nicht von Bewegungszustand ab (anders als Masse).

  1.1.2 Strom

  Symbolisiert wird der Strom durch I bzw. i. Bewegte Ladungstrger ergeben einen Strom.

  • Arten von Strme:
    • Freie Bewegung durch Vakuum, Gas

      

    • Leitung in Flssigkeiten, Festkrpern

      

  • Arten von elektrischen Leitern:
    • Leiter: Elektronen frei beweglich wie ein Gas (Beispiel: Metalle)
    • Halbleiter: Elektronen gebunden, frei oberhalb einer Energieschwelle
    • Isolatoren: Elektronen festgebunden, nur leicht verschiebbar
• Stromstrke:

  

  

  1 A ist definiert durch die Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern:

  

  Fr L = 1m und I = 1A folgt F = 2 ^. 10^-7 N.

1.1.3 Ladungstrennung:

• Mechanisch: Reiben von Gegenstnden
• Thermisch: Glhemission

  

• Induktion: Zeitlich vernderliche Magnetfelder
• Photoeffekt: Energiebertragung vom Photon auf das Elektron

  

  Hierfr hat EINSTEIN seinen Nobelpreis erhalten.

• Chemisch: Dissoziation

1.1.4 Kraftwirkung

Analog zur Gravitation: Fernwirkung durch elektromagnetische Felder

Zeigt Weg der Kraftbertragung

Kraftsto durch Austausch eines Photons

Heutige Vorstellung:

Virtuelle Photonen erzeugen das elektrische Feld.