Zwischen zwei punktförmigen elektrischen Ladungen Q 1 und Q 2 wirkt eine Kraft , deren Stärke dem Produkt der beiden Ladungen direkt und dem Quadrat ihres Abstands r umgekehrt proportional ist und die man die Coulomb-Kraft F C nennt. Mathematisch wird dies durch das Coulomb-Gesetz der Elektrostatik beschrieben: \(F_\text C = \dfrac 1 {4\pi\epsilon} \cdot \dfrac{Q_1Q_2}{r^2}\) Dabei ist die Dielektrizitätskonstante \(\epsilon\) das Produkt aus der elektrischen Feldkonstante \(\epsilon_0\) und der materialabhängingen Dielektrizitätszahl \(\epsilon_\text r\) des Mediums, in dem sich die...
Der Druck p ist definiert als der Quotient aus dem Betrag F einer senkrecht auf eine Fläche wirkenden Kraft und der Größe A dieser Fläche: \(p = \dfrac F A\) Wirkt die Kraft nicht senkrecht auf die Fläche, so zerlegt man sie in zwei Komponenten parallel F par und senkrecht ( F senkr ) zur Fläche. Nur die senkrechte Komponente F senkr , die sog. Normalkraft , trägt dann zum Druck bei: p = F senkr / A . Die durch einen Druck auf eine Fläche hervorgerufene Kraft (z. B. bei einer hydraulischen Presse ) bezeichnet man als Druckkraft . Die SI-Einheit des Drucks ist das Pascal (Pa). Veraltete...
Die elektrische Ladung (früher: Elektrizitätsmenge ) Q ist eine Eigenschaft von Teilchen oder Körpern , welche die Quelle, d. h. die Ursache des elektrischen Feldes und aller elektromagnetischen Erscheinungen darstellt. Das Analogon zur elektrischen Ladung bei der Schwerkraft ist die Masse eines Körpers. Der starken Wechselwirkung , die nur bei subatomaren Abständen in Erscheinung tritt, liegt die sog. Farbladung zugrunde. Der wichtigste Unterschied zwischen Ladung und Masse besteht darin, dass es nur eine Art von Masse, aber positive und negative elektrische Ladungen gibt. Gleichnamige...
Der gerichtete Transport von elektrischen Ladungen . Bewegen sich die Ladungsträger durch einen ruhenden Leiter, spricht man von Leitungsstrom . Wenn sie dagegen (was in der Schule seltener behandelt wird) von einem Medium mitgeführt werden, dem gegenüber sie sich in Ruhe befinden, nennt man das einen Konvektionsstrom. Ein elektrischer Strom fließt, wenn man zwei Punkte, zwischen denen eine elektrische Spannung besteht, leitend verbindet. Als Stromrichtung definiert man dabei den Weg, den eine positive Probeladung nimmt, also von + nach – (auch wenn die tatsächlichen Ladungsträger oft...
Die SI-Basiseinheit der Masse ist das Kilogramm , ein Gramm entspricht einem Tausendstel Kilogramm. Das Kilogramm ist die einzige Basiseinheit, die noch über einen „realen“ Normkörper definiert wird, das sog. Urkilogramm , das in Paris aufbewahrt wird. Bei der für 2018 geplanten Reform des SI soll dies geändert werden, und zwar über atomare Massenwerte und eine Festlegung der Avogadro-Konstanten N A . Übrigens: Beim Kilogramm werden die bekannten Einheitenvorsätze etwas unsystematisch benutzt – kleine Massen werden als Milligramm, Mikrogramm, Nanogramm usw. bezeichnet. Für große Massen...
Das Hertz (nach Heinrich Hertz ) ist die SI-Einheit der Frequenz . Es ist definiert als Kehrwert der Basiseinheit Sekunde : \(1\,\text{Hz} = \dfrac 1 {1\,\text s}\) .
Das Joule (nach James Prescott Joule ), Einheitenzeichen J, ist die SI-Einheit der Energie . In Basiseinheiten ausgedrückt gilt \(1\,\text J = 1\, \dfrac{\text{kg}\cdot \text m^2}{\text s^2}\) . Im Prinzip könnte man diese Einheit für alle Energieformen verwenden, in der Praxis sind aber verschiedene andere Einheiten üblich, die jedoch alle in Joule umgerechnet werden können, z. B.: In der Mechanik betrachtet man die Arbeit W , wenn eine Kraft von 1 N entlang einer Strecke von 1 m wirkt, es ist dann 1 Nm = 1 J. In der Elektrotechnik wird die Leistung oft in der Einheit VA (Volt mal Ampere)...
Eine Kraft \(\vec F\) ist physikalisch gesehen die Ursache für die Beschleunigung oder die Verformung eines Körpers . Eine Kraft erkennt man immer nur an ihrer Wirkung: Umgekehrt bedeutet jede Beschleunigung oder Verformung, das eine Kraft wirken muss. Die Kraft ist ein Vektor , zu ihrer Beschreibung ist somit die Angabe ihres Betrags, ihrer Richtung und ihres Angriffspunkts erforderlich. Der Kraftvektor wird in der Mechanik oft als Pfeil dargestellt. Dabei markiert der Anfangspunkt (nicht die Spitze) des Vektors den Angriffspunkt, die Pfeillänge symbolisiert den Betrag der Kraft und die...
Die Leistung ist allgemein die Ableitung der bei einem Prozess umgesetzten Energie E nach der Zeit , \(P = \dfrac{\text d E} {\text d t} = \dot E\) . Da diese Energie der beim Prozess geleisteten Arbeit W entspricht, kann man auch sagen: „Leistung ist Arbeit pro Zeit“ bzw. \(P = \dfrac{\text d W} {\text d t} = \dot W\) . Die SI-Einheit der Leistung ist das Watt (W). Wenn die Arbeit zeitlich konstant ist, ist P einfach der Quotient aus der verrichteten W und der dazu benötigten Zeitspanne \(\Delta t\) , \(P = \dfrac{W}{\Delta t}\) , sonst ist dieser Quotient die Durchschnittsleistung im...
Die Masse ist eine wesentlichen Grundgrößen der Physik, ihre Einheit, das Kilogramm , ist eine der sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems . Anders als im Alltag kennt die Physik zwei grundsätzlich verschiedene Aspekte der Masse, deren Äquivalenz in keinster Weise selbstverständlich ist, nämlich die schwere und die träge Masse. Die schwere Masse m s ist die Ursache der Gravitation bzw. Massenanziehung (daher der Name!) zwischen zwei beliebigen Körpern. Sie spielt dabei ganz genau dieselbe Rolle wie die elektrische Ladung bezüglich der elektromagnetischen Wechselwirkungen...
Das Meter (von lat. metrum „Maß“), Einheitenzeichen m, ist die SI-Einheit der Länge , eine der sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems . Die Definition des Meters ist seit 1983 sehr einfach: 1 m ist die Strecke, die das Licht im Vakuum während eines Zeitintervalls von 1/299 792 458 Sekunden durchläuft. Da der Wert der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum als Konstante definiert wurde, werden Längenmessungen im Prinzip auf Zeitmessungen zurückgeführt (aus praktischen Gründen kann es trotzdem oft sinnvoll sein, den Zollstock und nicht die Armbanduhr zur Längenmessung zu verwenden)...
Zahlen oder physikalische Größen , die in den Naturgesetzen vorkommen und von denen man annimmt, dass sie durch die Natur vorgegeben sind und überall im Universum denselben Wert haben – und auch zu allen Zeiten hatten bzw. haben werden. Beispiele: Gravitationskonstante , Lichtgeschwindigkeit , Elektronenmasse , Elementarladung Für den inneren Zusammenhang der Physik ist es wichtig, die Werte der Naturkonstanten möglichst genau zu messen. Da sich die meisten Naturkonstanten auf völlig verschiedenen Wegen bestimmen lassen, aber auch aufgrund der Fortschritte der Messtechnik ist es notwendig, die...