Schulphysikwiki - Letzte Änderungen [de]

Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen (Auswertung)

2026-04-17T00:10:15Z

Inhalt LK Abi 2027

2026-04-15T08:25:55Z

*

2026-04-13T07:26:21Z

Materie im elektrischen Feld

2026-04-04T06:22:42Z

‎Dielektrizitätszahl und Polarisation

Das Potential eines Feldes

2026-03-24T08:14:53Z

‎Zusammenhang zwischen Potential und Feldstärke

Fern- und Nahwirkungstheorie oder "Was ist ein Feld?"

2026-03-24T05:20:38Z

‎Mathematische Felder

Das Potential eines Feldes

2026-03-24T05:09:59Z

‎Definition des Potentials und Verallgemeinerung auf alle Felder

Aufgaben zu den Grundlagen über Felder (Lösungen)

2026-03-23T17:37:52Z

‎Potential

Aufgaben zu den Grundlagen über Felder

2026-03-23T17:12:50Z

‎Potential

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 <gallery widths=280px heights=200px  perrow=3 caption="Diagramme des Ladevorgangs">
-  Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden Q(t).png|Der Verlauf der Ladungskurve entspricht beschränktem Wachstum.
-  Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden U(t).png|Auch die Spannung nähert sich exponentiell einer oberen Schranke.
+  Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden U(t).png|Die Spannung nähert sich exponentiell einer oberen Schranke.
- Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden W(t).png|Die hineingeflossene Energie nimmt zunächst linear zu, dann nähert sie sich einer oberen Schranke.
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden I(t).png|Die Stromstärke fällt ungefähr exponentiell ab.
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden U(Q).png|Die Kennlinie dieses Kondensators ist nicht linear!
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Laden P(t).png|Die Leistung erreicht nach ca. einer Minute ein Maximum und fällt dann ab.
 </gallery>
 <gallery widths=280px heights=200px  perrow=3 caption="Diagramme des Entladevorgangs">
-  Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Entladen Q(t).png|Die Ladung nähert sich exponentiell einer oberen Schranke.
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Entladen U(t).png|Die Spannung fällt zunächst stark ab, danach fällt sie ungefähr exponentiell.
- Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Entladen W(t).png|Die gespeicherte Energie nimmt exponentiell ab.
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Entladen I(t).png|Die Stromstärke ist negativ, weil sich die Stromrichtung ändert. Der Betrag der Stromstärke fällt zunächst stark ab, dann sinkt er fast linear.
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Entladen U(Q).png|Auch beim Entladen ergibt sich keine lineare Kennlinie.
   Bild:Praktikum Kondensator Auswertung Entladen P(t).png|Die Leistung ist negativ, weil die Energiemenge abnimmt. Der Betrag der Leistung fällt exponentiell.
 </gallery>

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 * [[Dipole im elektrischen und magnetischen Feld]]
 * [[Die Feldstärke als gerichteter Ortsfaktor]]
 * [[Das Potential eines Feldes]]
 ** [[Praktikum: Äquipotentialflächen messen]]
 * [[Das Zentralfeld und die Abstandsgesetze (Gravitationsgesetz, Coulomb-Gesetz, magnetisches Coulomb-Gesetz)]]
 * [[Ladung als Quellenstärke und der Fluss eines Feldes]]
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 * [[Das Wichtigste über Felder (Zusammenfassung)]]
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 ----
-=Was eventuell noch kommt=
+=Was noch kommt=
 ==Einführung==
@@ Zeile 105: / Zeile 113: @@
 *[[Messunsicherheit und Fehlerrechnung]]
 ==Das elektrische Feld==
@@ Zeile 138: / Zeile 121: @@
 * [[Geladene Teilchen in elektrischen Feldern]]
 * [[Das Oszilloskop]]
 * [[Messen der Elementarladung (Millikan-Versuch mit Öltröpfchen)]]
 ==Elektro-Magnetismus==

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
 __NOTOC__
 {|
-|height="910px"|
+|height="1100px"|
 |}__NOTOC__
-==Aufgaben zum Magnetfeld==
+==Praktikum elektrische Schaltungen==
-[[Datei:Theraband.jpg|thumb|150px]]
+{|
-====1) Energiespeicher====
+|style="vertical-align:top;"|
-Steffi trainiert mit einem Gummiband und zieht es auseinander. Das ist anstrengend und sie benötigt dazu Energie. Auch Martin braucht Energie, um zwei Magnete auseinander zu ziehen.
+;Material für alle Aufgaben:
-<br>Erkläre für beide Fälle wo die Energie jetzt steckt und beschreibe für beide Fälle wie diese Energie wieder frei werden kann. <br style="clear: both" />
+*1 Netzgerät bis 12V Spannung
-====2) Ein Feld zeichnen====
+;A1 Zwei Lämpchen schalten
-Hier siehst du verschiedene Darstellungsmöglichkeiten vom Magnetfeld eines Dauermagneten. Im linken Bild sind Bereiche von rot bis blau gefärbt, in denen das Feld stark bis schwach ist. Im rechten Bild sind die Feldlinien eingezeichnet.
+Baue einen Stromkreis mit zwei Lämpchen auf, so dass
-<br>Vergleiche die beiden Darstellungsmöglichkeiten mit Hilfe der Tabelle.
+:a) beide Lämpchen '''mit einem Schalter''' ein- und ausgeschaltet
-<gallery widths=250px heights=200px  perrow=4 >
+Zeichne zu beiden Fällen einen Schaltplan ins Heft.
- Bild:Magnetfeld Darstellung Stabmagnet verschiedene Darstellungen kleiner Ausschnitt Stabmagnet Feldstärke bunt.png|
- Bild:Magnetfeld Darstellung Stabmagnet verschiedene Darstellungen kleiner Ausschnitt Stabmagnet Feldlinien.png|
-</gallery>
-−
-{|class="wikitable" style="text-align: center"
-|style="width:20%;border-style: solid; border-width: 4px "|
-!style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-Linkes Bild
-!valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-Rechtes Bild
-|-
-|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-Stärke des Magnetfeldes
-|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-|-
-|style=" border-style: solid; border-width: 4px "|
-Richtung des Magnetfeldes
-|style=" text-align:right; border-style: solid; border-width: 4px "|
-|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-|-
-|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-Pole des Magneten
-|style="text-align:left; border-style: solid; border-width: 4px "|
-|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
-|}
-====3) Feldlinien interpretieren====
+;A2 UND-Schaltung
-Die folgenden Bilder zeigen Eisenspäne, die über Magnete gestreut worden sind und einen kleinen Kompass.
+:a) Baue eine Schaltung mit einem Lämpchen und zwei Schaltern S1 und S2 auf, so dass das Lämpchen nur leuchtet, wenn S1 '''und''' S2 geschlossen sind.
-<br>'''a)''' "Magnetfeldlinien sind wie sich abstoßende Gummibänder." Erkläre damit die Anziehung und die Abstoßung der Pole.
+:b) Zeichne den Schaltplan.
-<br>'''b)''' Beschrifte mit Hilfe des Kompass die Pole der Magnete mit N und S. Begründe deine Wahl kurz schriftlich.
-<br>'''c)''' Überlege dir dann in welche Richtung die Kompassnadel in den Kreisen zeigt und zeichne diese ein.
-<gallery widths=200px heights=200px  perrow=2>
- Bild:Magnetfeld Eisenspäne ungleiche Pole Kompass 2 Ausschnitt mit leeren Kompassen.jpg
- Bild:Magnetfeld Eisenspäne gleiche Pole Kompass 2 Ausschnitt mit leeren Kompassen.jpg
-</gallery>
-====4) Feldlinien zeichnen====
+;A3 ODER-Schaltung
-In den folgenden Bildern sind die Pole der Magnete vorgegeben. Zeichne jeweils den Verlauf und die Richtung einiger Feldlinien ein. Ergänze anschließend in welche Richtung die Kompassnadeln in den Kreisen zeigen.
+:a) Baue eine Schaltung mit einem Lämpchen und zwei Schaltern S1 und S2 auf, so dass das Lämpchen nur leuchtet, wenn S1 '''oder''' S2 geschlossen ist.<ref>Auch wenn beide Schalter geschlossen sind, darf die Lampe leuchten. Man nennt das ein '''einschließendes oder'''. Beispiel: "Wenn ich von Oma oder meinen Eltern 100€ geschenkt bekomme, dann kann ich mir neue Schuhe kaufen." Wenn ich also von beiden Geld bekomme, dann reicht es auf jeden Fall.<br>Im Alltag verwendet man häufig auch ein ausschließendes oder, bei dem nicht beide Fälle gleichzeitig auftreten: "Ich komme heute Abend mit dem Rad oder mit dem Bus." Man wird also nicht mit dem Rad und mit dem Bus gleichzeitig kommen, das schließt sich aus.</ref>
-[[Datei:Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen.png|center|400px]]
+:b) Zeichne den Schaltplan.
-----
-[[Datei:Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen NS.png|center|400px]]
-----
-[[Datei:Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen NN.png|center|400px]]
+;A4 Zusatzaufgabe Die WECHSEL-Schaltung
-<br style="clear: both" />
+Eine WECHSEL-Schaltung besteht ebenfalls aus einer Lampe und zwei besonderen Schaltern mit drei Anschlüssen. Hier kann man aber von jedem Schalter aus die Lampe ein- oder ausschalten (Bsp. Mehrere Lichtschalter im Zimmer).
-====5) Kreuzende Feldlinien?====
+Auf [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/einfache-stromkreise/aufgaben/wechselschaltung-animation dieser Seite] könnt ihr die Lösung nachschlagen.
-Eine Kompassnadel richtet sich immer parallel zu den Feldlinien aus und zeigt in Richtung eines magnetischen Südpols.
-<br>'''a)''' Erkläre damit, warum der Verlauf der sich kreuzenden Feldlinien so nicht möglich ist.
-<br>'''b)''' Ergänze anschließend auf dem nächsten Bild die fehlenden Pole und zeichne den korrekten Verlauf der Feldlinien ein.
-<gallery widths=250px heights=250px  perrow=2 >
- Bild:Magnetfeldlinien-Falsch.jpg|
- Bild:Magnetfeldlinien-leer.jpg|
-</gallery>
-====6) Magnetisierungslinien und Feldlinien====
+==Fußnoten==
-'''a)''' Ergänze '''mit schwarzem Stift''' in folgendem Bild die '''Magnetisierungslinien''' im Inneren des Magneten.
+<references>
-<br>'''b)''' Ergänze außerdem '''mit rotem Stift die Feldlinien'''.
-<br>Beschreibe darunter, wo die Magnetisierungslinien und die Feldlinien jeweils anfangen und aufhören.
-[[Datei:Felder Stabmagnet nur hell dunkel.png|400px|center]]

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   Bild:Kondensator Übersicht mit Materie Polarisation +-P.png|Der Gegenstand ist polarisiert, an den Oberflächen des Gegenstandes befinden sich (Polarisations-) Ladungen...
   Bild:Kondensator_Übersicht_mit_Materie_Gegenfeld.png| und es bildet sich innerhalb des Gegenstandes ein elektrisches Gegenfeld aus.
-  Bild:Kondensator Übersicht mit Materie Linie Er ohneE0.png|Die Dielektrizitätszahl <math>\epsilon_0</math> gibt an auf welchen Bruchteil die Feldstärke im Gegenstand abnimmt.
+  Bild:Kondensator Übersicht mit Materie Linie Er ohneE0.png|Die Dielektrizitätszahl <math>\epsilon_r</math> gibt an auf welchen Bruchteil die Feldstärke im Gegenstand abnimmt.
-  Bild:Kondensator_Übersicht_mit_Materie_Linien_Er_P.png|Die dielektrische Verschiebung D bleibt im gesamten Bereich konstant.
+  Bild:Kondensator_Übersicht_mit_Materie_Linien_Er_P.png|Die elektrische Flussdichte D bleibt im gesamten Bereich konstant.
 </gallery>

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+|
-Das '''Potential''' eines Feldes ist die '''normierte potentielle Energie eines Probekörpers'''an einem Ort, also die potentielle Energie pro Masse (pro elektrischer / pro magnetischer Ladung) :<ref>Diese Festlegung verläuft ganz parallel zur Definition der [[Die Feldstärke als gerichteter Ortsfaktor|Feldstärke]], die angibt welche Kraft pro kg Masse (C el. Ladung / Wb magn. Ladung) wirkt.
+Das '''Potential''' eines Feldes ist die '''normierte potentielle Energie eines [[Fern-_und_Nahwirkungstheorie_oder_"Was_ist_ein_Feld?"#Probekörper_im_Feld|Probekörpers]]''' an einem Ort, also die potentielle Energie pro Masse (pro elektrischer / pro magnetischer Ladung) :<ref>Diese Festlegung verläuft ganz parallel zur Definition der [[Die Feldstärke als gerichteter Ortsfaktor|Feldstärke]], die angibt welche Kraft pro kg Masse (C el. Ladung / Wb magn. Ladung) wirkt.
 :<math>\vec g=\frac{\vec F}{m}</math></ref>
 Im Falle des elektrischen Potentials hat die Einheit sogar einen eigenen Namen bekommen, nämlich "Volt". Und elektrische Potentialunterschiede heißen "Spannung" (U).
 :<math>\varphi_g=\frac{E_{pot}}{m} \quad \Leftrightarrow \ E_{pot} = m\, \varphi_g \qquad\text{}</math> mit der Einheit <math>[\varphi_g]=\rm \frac{J}{kg}</math>.
-:<math>\varphi_el=\frac{E_{pot}}{Q} \quad \Leftrightarrow \ E_{pot} = Q\, \varphi_{el} \qquad\text{}</math> mit der Einheit <math>[\varphi_{el}]=\rm \frac{J}{C} = \rm Volt</math>.
+:<math>\varphi_{el}=\frac{E_{pot}}{Q} \quad \Leftrightarrow \ E_{pot} = Q\, \varphi_{el} \qquad\text{}</math> mit der Einheit <math>[\varphi_{el}]=\rm \frac{J}{C} = \rm Volt</math>.
 :<math>\varphi_{mag}=\frac{E_{pot}}{Q_{mag}} \quad \Leftrightarrow \ E_{pot} = m\, \varphi_{mag} \qquad\text{}</math> mit der Einheit <math>[\varphi_{mag}]=\rm \frac{J}{Wb}</math>.
 |}
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 ====Zusammenhang zwischen Potential und Feldstärke====
 Bewegt sich ein Gegenstand in einem Feld, so wird dabei entweder Energie frei oder dazu ist Energie notwendig. Auf der Erde sprechen wir dann vom "Herunterfallen" oder "Hochheben". Nach der [[Energieübertragung_mit_einer_Kraft_(Goldene_Regel_der_Mechanik)#Bergauf_und_Bergab_Fahren_.28die_schiefe_Ebene.29|goldenen Regel der Mechanik]] hängt die Energiezunahme oder Abnahme nur mit der Veränderung der Höhe zusammen:
-:<math> E_{pot}=F \,  h</math>
+:<math> E_{pot}=F \,  h = m\, g \, h</math>
 Löst man dies nach der wirkenden Kraft auf, so sieht man, dass man die wirkende Kraft als Änderung der potentiellen Energie mit der Höhe interpretieren kann. Eine Gewichtskraft von <math>20\,\rm N</math> bedeutet also, dass man bei einem Höhenunterschied von <math>1\,\rm m</math> eine Energiemenge von <math>20\,\rm J</math> bekommt oder aufwenden muss:
 :<math>F=\frac{E_{pot}}{ h} \qquad \left(\text{Bsp: }20\,\rm N = 20 \frac{J}{m}\right)</math>
-Teilt man nun die Gleichung durch die Masse, so sieht man, dass die Feldstärke dementsprechend die Änderung des Potentials mit der Höhe beschreibt. So besagt eine Feldstärke von 9,81 N/kg, dass sich das Potential pro Meter um 9,81 J/kg verändert oder dass man pro Meter und pro kg eine Energiemenge von 9,81 J benötigt bzw. bekommt.
+Teilt man die Berechnung der potentiellen Energie durch die Masse, so sieht man, dass die Feldstärke dementsprechend die Änderung des Potentials mit der Höhe beschreibt. So besagt eine Feldstärke von 9,81 N/kg, dass sich das Potential pro Meter um 9,81 J/kg verändert oder dass man pro Meter und pro kg eine Energiemenge von 9,81 J benötigt bzw. bekommt.
 :<math>
 \begin{alignat}{2}
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 </math>
-=====Verallgemeinerung auf elektrische und magnetische Felder=====
 Diese Überlegungen kann man auch für einen elektrisch geladenen Gegenstand in einem Kondensator oder für einen Magnetpol in einem homogenen Magnetfeld anstellen.
@@ Zeile 164: / Zeile 165: @@
 {|class="wikitable"
 !Feld ||Kraft || Feldstärke <br> "normierte Kraft"||potentielle Energie  || Potential <br> "normierte Energie"
 |-
-|Schwerefeld ||<math>\vec F= m\, \vec g</math>|| <math>\vec g=\frac{\vec F}{m}</math>||<math>E_{pot}=F\, h = m\, g\, h</math>|| <math>\varphi_{g}=\frac{E_{pot}}{m}=g\, h</math>
+|Schwerefeld ||[math]\vec F= m\, \vec g[/math]|| [math]\vec g=\frac{\vec F}{m}[/math]||<math>E_{pot}=F\, h = m\, g\, h</math>|| <math>\varphi_{g}=\frac{E_{pot}}{m}=g\, h</math>
 |-
 |elektrisches Feld ||<math>\vec F= q\, \vec E</math>|| <math>\vec E=\frac{\vec F}{q}</math>||<math>E_{pot}=F\, h = q\, E\, h</math>|| <math>\varphi_{E}=\frac{E_{pot}}{q}=E\, h</math>
@@ Zeile 189: / Zeile 192: @@
 :{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
+|
-Je steiler das Potentialgebirge, desto größer die Feldstärke. Die Feldstärke ist sogar gerade die räumliche Änderungsrate des Potentials:
+Je steiler das Potentialgebirge, desto größer die Feldstärke:
 :<math>g={\varphi_g}' \approx \frac{\triangle \varphi_g}{\triangle h} \qquad \Leftrightarrow \quad \triangle \varphi_g = \int_{s_1}^{s_2} g(h) ds \approx g\, \triangle h</math>

@@ Zeile 222: / Zeile 222: @@
 Ebenso unterscheidet man ein physikalisches Feld, wie das Gravitationsfeld, von seinen Eigenschaften wie dessen Feldstärke oder Energiedichte. Die Energiedichte ist ein Feld im mathematischen Sinn, dabei ordnet man jeder Stelle des Gravitationsfeldes eine Energiedichte zu.<ref>Die Unterscheidung zwischen dem physikalischen Feld und seinen Eigenschaften wird nicht immer streng eingehalten. Oft wird das physikalische Feld mit einer seiner Eigenschaften, der Feldstärke gleichgesetzt. In vielen Fällen ist das praktisch oder aber verwirrend. Im Wikipedia-Artikel "[https://de.wikipedia.org/wiki/Feld_(Physik) Feld (Physik)]" werden beide Bedeutungen erklärt aber trotzdem auch nebeneinander ohne genauere Abgrenzung verwendet.</ref>
-Die Temperatur an einer Stelle des Fußes hat keine Richtung, sie ist eine skalare Größe. Betrachtet man stattdessen die Geschwindigkeit des Blutes, so hat diese einen Betrag und eine Richtung. Jeder Stelle innerhalb einer Ader wird also eine vektorielle Größe zugeordnet. Deshalb nennt man diese Zuordnung auch ein "Vektorfeld".
+Die Temperatur an einer Stelle des Fußes hat keine Richtung, sie ist eine skalare Größe. Die Temperaturverteilung ist ein "skalares Feld". Betrachtet man stattdessen die Geschwindigkeit des Blutes, so hat diese einen Betrag und eine Richtung. Jeder Stelle innerhalb einer Ader wird also eine vektorielle Größe zugeordnet. Deshalb nennt man diese Zuordnung auch ein "Vektorfeld".
 <br>Die Feldstärke des Gravitationsfeldes der Erde ist z.B. ein Vektorfeld, denn jeder Stelle des Gravitationsfeldes wird eine Feldstärke zugeordnet, die eine Stärke und eine Richtung hat.

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 ;6) Das Potential der Erde
-Anton steht auf der Erde. Bertha befindet sich einen Erdradius oberhalb der Erdoberfläche in einer Raumkapsel. Cecilie ist zwei Erdradien von der Erde entfernt. (usw.)
+Für den Betrag der Gravitationsfeldstärke der Erde im Abstand r vom Erdmittelpunkt gilt: <math>g(r)=3{,}986\cdot 10^{14}\,\rm \tfrac{Nm^2}{kg} \cdot \frac{1}{r^2}</math> Dabei muss der Abstand r größer als 6370km sein, man muss sich also außerhalb der Erdkugel befinden. Die Feldstärke <math>g(r)</math> ist die räumliche Ableitung des Gravitationspotentials <math>\varphi_g(r)</math>.
-:a) Berechnen Sie die Potentialunterschiede zwischen A und B, B und C, ...
-:b) Berechnen Sie das Potential an den Stellen A, B, C, ...
+:a) Berechne das Gravitationspotential <math>\varphi_g(r)</math>, für das gilt: <math>\varphi_g(6370\,\rm km)=0\,\rm \tfrac{J}{kg}</math>.
 ;7) Ein geostationärer Satellit