Dielektrikum und Coulombsches Gesetz

Das Dielektrikum spielt eine wichtige Rolle in der Elektrostatik, insbesondere bei Kondensatoren. Es beschreibt eine schwach- oder nichtleitende Substanz, die als Gas, Flüssigkeit oder Feststoff vorliegen kann.

Definition: Ein Dielektrikum ist ein Isolator, der zwischen den Platten eines Kondensators eingebracht wird und das elektrische Feld beeinflusst.

Wenn man den Raum zwischen den Kondensatorplatten mit einem Isolator füllt, steigt die Kapazität des Kondensators um einen Faktor εr, der als relative Dielektrizitätskonstante bezeichnet wird. Für Luft gilt näherungsweise εr = 1.

Highlight: Durch die dielektrische Polarisation im Nichtleiter entsteht ein entgegengesetztes elektrisches Feld, das das ursprüngliche Feld schwächt.

Das Coulombsche Gesetz beschreibt die Kraft zwischen zwei Punktladungen. Es zeigt, dass die Stärke des elektrischen Feldes im radialen Feld mit der Entfernung abnimmt.

Formula: Die Feldstärke im radialsymmetrischen Feld wird durch E = (1 / (4πε₀)) · (Q / r²) beschrieben, wobei Q die Ladung und r der Abstand ist.

Die Kapazität eines Kondensators gibt an, wie gut er Ladungen speichern kann. Sie hängt vom Material des Dielektrikums, dem Abstand der Platten und ihrer Fläche ab.

Vocabulary: Die Kapazität hat das Formelzeichen C und die Einheit Farad (F).

Der Millikan-Versuch ist ein bedeutendes Experiment in der Physik, das die Quantisierung der elektrischen Ladung demonstriert.

Example: Beim Millikan-Versuch werden Öltröpfchen mit einem Zerstäuber zwischen zwei Kondensatorplatten gebracht. Durch das Zerstäuben werden diese negativ aufgeladen.

Die Bewegung der Öltröpfchen im elektrischen Feld kann durch eine Bewegungsgleichung beschrieben werden, die die elektrische Kraft und die Gravitationskraft berücksichtigt.

Formula: Die resultierende Kraft auf ein Öltröpfchen ist Fres = FElektr. - Fgrav., wobei FElektr. die elektrische Kraft und Fgrav. die Gravitationskraft ist.