Namensgeber

Du kannst das „Bernsteinexperiment“ auch mit heutigen Alltagsgegenständen durchführen. Es scheint irgendwie klar zu sein, dass Elektrizität im Spiel ist. Aber hast du eine genaue Erklärung dafür? Es spielen nämlich mehrere Effekte zusammen! Du wirst diese in den kommenden Abschnitten genauer kennen lernen. Zum Schluss werden wir noch einmal auf diese Experimente zurückkommen. Erste Beobachtungen am Bernstein

Bernstein ist nichts anderes als uraltes Baumharz, das sich im Laufe der Zeit verfestigt hat. Es kann bis zu 260 Millionen Jahre alt sein, und manchmal findet man darin eingeschlossene Insekten.

Quarks

Das Elektron ist nicht mehr weiter teilbar. Neutronen und Protonen bestehen noch einmal aus kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks.
Die elektrische Ladung der Quarks beträgt entweder `-1/3` oder `+2/3` der Elementarladung e. Quarks können aber niemals einzeln auftreten, sondern sie sind immer so vereint, dass ihre Gesamtladung ganzzahlig ist. Die Quarks im Proton haben zum Beispiel die Ladungen `+2/3`e, `+2/3`e und `-1/3`e. Macht in Summe die Ladung +e. Die Quarks im Neutron haben die Ladungen `+2/3`e, `-1/3`e und `-1/3`e. Deshalb ist dieses nach außen hin neutral. $p^+=(u|u|d), n=(u|d|d)$

Während die Elektronen nicht mehr teilbar sind, bestehen Neutronen und Protonen noch einmal aus je drei Quarks.

Hoehenangaben

Welche Spannung ein einzelner Pol besitzt, lässt sich niemals beantworten (F15). Das wäre etwa so, wie wenn du fragst „Wie hoch ist die Spitze des Stephansdoms?“. Von wo aus gemessen? Sie liegt 137 m über dem Stephansplatz. Wenn du sie aber wie eine Bergspitze über dem Meeresspiegel angibst (F16), dann würde sie bei 308 m Höhe liegen. Und vom Erdmittelpunkt gemessen wäre sie sogar rund 6370 km hoch! Der springende Punkt ist der: Wie hoch ein bestimmter Punkt liegt, ist reine Definitionssache und hängt von der Wahl des Nullpunktes ab. Egal, wo du diesen Nullpunkt legst, der Unterschied zwischen Basis und Spitze des Doms beträgt aber immer 137 m (Abb. 23.17). Bei einer Batterie ist es genauso. Egal, welche Spannung du den Polen zuordnest, die Differenz beträgt immer 1,5 V.

Der Unterschied zwischen Basis und Spitze beträgt immer 137 m.

Die Spannung zwischen den Polen beträgt immer 1,5 V.

Wechselstrom

Wenn man die Leiterschleife kippt, verringert sich der magnetische Fluss, weil sich die „effektive“ Fläche verringert. Man kann sich diese als „Schattenfläche“ vorstellen

Der magnetische Fluss durch eine Leiterschleife ist $\Phi= B\cdot A$. Das gilt aber nur, wenn das Magnetfeld senkrecht zur Leiterschleife steht. Für einen beliebigen Winkel $\alpha$ gilt $\Phi = B \cdot A \cdot \cos(\alpha)$ (siehe Abb.).

Weil sich die Leiterschleife kontinuierlich dreht, gilt weiters $\alpha = \omega \cdot t$ ($\omega$ ist die Winkelgeschwindigkeit). Das kann man nun in das Induktionsgesetzt einsetzen. Um die Induktionsspannung ausrechnen zu können, müssen wir aber diesem Fall den Differenzialquotienten nehmen:

$U_{ind}= -\frac{d \Phi}{dt} = - BA\frac{d(\cos(\omega t))}{dt}= B A \omega \sin(\omega t) = U_m \sin(\omega t)$

Da die Sinusfunktion maximal den Wert 1 annehmen kann, ergibt sich für die Induktionsspannung der Maximalwert BAw, Man nennt diesen auch Scheitelspannung (= maximale Spannung) und bezeichnet diese mit Um. Der Zusammenhang zwischen dem magnetischen Fluss und der Spannung ist in folgender Abb. dargestellt. Da die Induktionsspannung die erste Ableitung des magnetischen Fiusses nach der Zeit ist, entspricht sie der Steigung der ©-Funktion und ist daher bei $\alpha = 0°$ und $\alpha = 180°$ null.

Zusammenhang zwischen der Stellung der Leiterschleife, dem magnetischen Fluss $\Phi$ und der Induktionsspannung $U_{ind}$. Auch wenn sie hier gleich hoch eingezeichnet sind: $\Phi$ und $U_{ind}$ haben natürlich völlig verschiedene Einheiten und Werte.