Elektrisches Feld & Magnetismus

Coulombkraft, Feldstärke, Influenz, Lorentzkraft, Induktion

Prüfungsrelevantca. 45 Min.Adaptiver Trainer

Auf einen Blick

Beim Reiben lädt sich der Ballon negativ auf.

Nach dieser Lektion

✓
Du berechnest Kräfte zwischen Ladungen mit dem Coulombgesetz.
✓
Du erklärst Influenz und Ladungsausgleich.
✓
Du bestimmst Betrag und Richtung der Lorentzkraft und weisst, wann Induktion auftritt.

An der Prüfung: Coulombkraft und Ladungsausgleich kommen regelmässig als Rechenaufgabe, Influenz, Feldlinien, Lorentzkraft und Induktion oft im Multiple-Choice-Teil.

Schritt 2

Entdecken

Spiel zuerst. Formeln ergeben mehr Sinn, wenn du schon gesehen hast, was sie tun.

Pfeile: Kraft auf jede Ladung (gleich gross, entgegengesetzt). Sehr lange Pfeile sind gekürzt.

F = k \frac{∣ Q _{1} Q _{2} ∣}{r ^{2}} = 2, 4 N

Ladung

Q_{1}

4 µCLadung

Q_{2}

6 µCAbstand

r

30 cm

$F$

2,4N

$Q^{'} = \frac{Q _{1} + Q _{2}}{2}$

5µC

$F^{'}$

2,5N

Gleichnamig: Die Ladungen stossen sich ab.
Doppelter Abstand: $F$ wird zu einem Viertel, also 0,6 N.

Aufträge

0 von 3 geschafft

Stelle eine Anziehung ein.
(offen)
Mach die Kraft grösser als 10 N.
(offen)
Stelle 4 µC und 4 µC bei 60 cm ein und vergleiche $F$ mit dem Wert bei 30 cm.
(offen)

Entdecke:

Verdopple $r$ : Die Kraft sinkt auf ein Viertel. Verdopple eine Ladung: Die Kraft verdoppelt sich. Und $F^{'}$ zeigt, was nach dem Berühren gleicher Kugeln gilt.

Schritt 3

Verstehen

Das Wichtigste auf einen Blick.

1Coulombgesetz

F = k \frac{Q _{1} Q _{2}}{r ^{2}}

$k = 8, 99 \cdot 1 0^{9} N m^{2} / C^{2}$
Gleichnamig stossen sich ab, ungleichnamig ziehen sich an.
Doppelter Abstand: ein Viertel der Kraft.

Zwei Ladungen $+ 4$ µC, 20 cm Abstand: $F = 3, 6$ N.

MerkeAbstand immer in Metern, Ladung in Coulomb.

2Feld und Influenz

E = \frac{F}{q}

Einheit N/C: Das Feld zeigt die Kraft auf eine positive Probeladung.
Influenz: Im Leiter verschieben sich Ladungen, er bleibt neutral.

Eine positive und eine negative Ladung.

MerkeFeldlinien beginnen bei

+

und enden bei

-

3Lorentzkraft

F = q v B F = I ℓ B

Rechte Hand		bedeutet
$Daumen$	→	$v bzw. Strom I$
$Zeigefinger$	→	$Magnetfeld B$
$Mittelfinger$	→	$Kraft F$

Die Kraft steht senkrecht auf $v$ und $B$ .
Sie ändert nur die Richtung, nicht die Geschwindigkeit.

Eine positive Ladung fliegt nach rechts, $B$ zeigt ins Blatt.

MerkeImmer die rechte Hand, nie die linke.

4Induktion

U_{ind} \neq = 0 ⟺ Fluss a ¨ ndert sich

Magnet bewegen oder Strom ein- und ausschalten ändert das Feld.
Ohne Änderung keine Spannung. So arbeiten Generator und Transformator.

Der Magnet ruht: keine Spannung.

MerkeNur eine Änderung induziert, nicht das Feld selbst.

Schritt 4

Musterbeispiel

Deck Schritt für Schritt auf und überlege dir jeden Schritt zuerst selbst.

Musterbeispiel

Zwei kleine Kugeln tragen + 4, 0 μ C und + 6, 0 μ C und sind 30 cm voneinander entfernt. (a) Wie gross ist die Kraft? (b) Die Kugeln werden kurz berührt und wieder auf 30 cm gebracht. Wie gross ist die Kraft jetzt?

Zwei Kugeln, 30 cm voneinander entfernt.

Wische auf der Grafik für den nächsten Schritt.

1
(a) Coulomb
Überlege zuerst selbst: Wie würdest du diesen Schritt machen?
2
(b) Ladungsausgleich
…
3
Neue Kraft
…

Typische Fehler

✗
$μ C$ nicht in C oder cm nicht in m umrechnen.
✗
Beim Abstand das Quadrat vergessen.
✗
Glauben, die Lorentzkraft mache Teilchen schneller: Sie ändert nur die Richtung.

Prüfungstipp

Bei Richtungsfragen zur Lorentzkraft immer die rechte Hand benutzen und sie mit dem Bild auf dem Blatt ausrichten. Das ist ein sicherer Punkt im Multiple-Choice-Teil.

Schritt 5

Üben

Unendlich viele Aufgaben. Nach drei richtigen in Folge wird es schwerer, bei Fehlern wieder leichter. Hinweise bekommst du schrittweise, nicht sofort die ganze Lösung.

Schritt 6

Prüfungsniveau

Aufgaben mit mehreren Teilaufgaben und Punkten, aufgebaut wie in der Passerelle. Du siehst sie mit einem kostenlosen Konto.

1 Aufgabe auf Prüfungsniveau

Ladungen und stromdurchflossener Leiter

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Danach: echte Prüfungen im Prüfungsarchiv.

Selbstcheck: Wie sicher bist du?

Sei ehrlich zu dir. Nur so zeigen wir dir, was du als Nächstes üben solltest.

Du berechnest Kräfte zwischen Ladungen mit dem Coulombgesetz.
Du erklärst Influenz und Ladungsausgleich.
Du bestimmst Betrag und Richtung der Lorentzkraft und weisst, wann Induktion auftritt.

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