Electric Fields

00:01 Wir haben jetzt was über Elektrizität sowie die elektrischen Ladungen und die Kräfte zwischen elektrischen Ladungen erfahren.

00:08 Wir sind jetzt bereit, uns mit einigen Feldern, Ideen von elektrischen Feldern zu beschäftigen, sowie die in elektrischen Feldern gespeicherte Energie.

00:15 Als Nächstes befassen wir uns mit Schaltkreise und Magnetismus, bevor wir diesen Teil über Elektrizität abschließen und über elektrischen Felder sowie Energie zusprechen kommen, werden wir noch drei neue Größen einführen, abgesehen von der elektrischen Kraft, haben sie manchmal ähnliche Namen und können auch ähnlich aussehen, ist es sehr wichtig, dies durchzugehen, damit es verinnerlicht werden kann.

00:38 Wenn wir also die nächsten Definitionen durchgehen, wirklich darüber nachdenken, worin die Unterschiede zwischen ihnen bestehen, was die Besonderheiten zwischen ihnen sind, Werde ich versuchen, sie hervorzuheben und auch zu betonen.

00:48 Die erste dieser drei Größen, die wir einführen, ist die Idee des elektrischen Feldes.

00:54 Dann werden wir über das elektrische Potenzial sprechen und wie es mit der Spannung zusammenhängt, und schließlich über die Energie, also die elektrische potenzielle Energie.

01:02 Wir beginnen jedoch mit den elektrischen Feldern.

01:04 Wie wir gesehen haben, was wäre, wenn ich eine negative Ladung in der Nähe einer positiven Ladung hätte? Wir wissen, dass es eine Kraft geben wird, die versucht, sie zusammenzuhalten.

01:14 Was wir tun könnten, ist vielleicht diese elektrische Ladung anzubringen, die positive Ladung, an verschiedenen Stellen um die negative Ladung herum und uns eine einfache Frage stellen: Was würde mit ihr geschehen? In welche Richtung würde sie sich bewegen wollen? Wir könnten das aufzeichnen, was ich mit den grünen Pfeilen hier getan habe.

01:29 Wenn ich diese positive Ladung an einer beliebigen Stelle um diese negative Ladung herum anbringe, wird sie von der negativen Ladung mit der durch das Coulombsche Gesetz gegebenen Kraft angezogen.

01:37 Wir könnten uns dann eine neue Frage stellen, was ist die Kraft und was ist die Richtung der Kraft? Was ist, wenn ich mich nur für diese Art von grünem Pfeilfeld interessiere, das ich gezeichnet habe? und es ist mir im Moment ziemlich egal, welche Ladung ich in dieses Feld eintrage, weil ich nur an der zentralen Ladung interessiert bin, die das Feld überhaupt erst verursacht? Um dies zu tun, könnten wir das tun, was Sie erwarten könnten, nämlich die Kraftgleichung, die durch das Coulomb-Gesetz gegebene Kraft, könnten wir einfach die Kraftgleichung durch die zweite Ladung dividieren und erhalten so eine neue Größe, die nichts mit der zweiten Ladung zu tun hat, die wir um die erste Ladung herum anordnen und die nur mit der ersten Ladung selbst zu tun hat.

02:19 Dies wird als elektrisches Feld bezeichnet.

02:21 Wir stellen das elektrische Feld mit dem Buchstaben E und die Größe des elektrischen Feldes ist, wie gesagt, gleich der Coulomb-Kraft geteilt durch eine der Ladungen.

02:31 Das elektrische Feld ist also einfach etwas, das sich aus einer einzigen Ladung und einer Frage ergibt, welche Kraft würde eine Ladung spüren, wenn ich sie in die Nähe meiner zentralen Ladung bringe? Für eine gegebene Ladung q in diesem elektrischen Feld können wir dann unsere Gleichung für die Kraft wiederherstellen, unserer Coulomb-Gleichung, indem wir diese neue Ladung einfach multiplizieren.

02:52 Wenn ich also eine Ladung zurück in dieses Feld einführe und ich herausfinden möchte, welche Kraft auf meine Ladung wirkt, multipliziere ich es einfach mit dieser Ladung.

03:00 Ich multipliziere das elektrische Feld mit der jeweiligen Ladung, unabhängig davon, wie viele Ladungen ich in das Feld einfüge.

03:06 Die Einheiten des elektrischen Feldes sind so, wie Sie es aufgrund der Herleitung des elektrischen Feldes erwarten würden.

03:12 Nach der Kraftgleichung des Coulomb-Gesetzes wäre es Newton geteilt durch Coloumbs, da wir die Kraftgleichung durch die zweite Ladung geteilt haben.

03:24 Wir haben also Newton pro Coloumb.

03:25 Mit anderen Worten: Wie viel Newton Kraft erfahre ich pro in das Feld eingebrachten Coloumb? Schließlich ist es auch wichtig zu beachten, dass genau wie das Kraftfeld, das elektrische Feld ein Vektorfeld ist, das sich von einigen der Felder unterscheidet, die wir in Kürze vorstellen werden.

03:42 Ich könnte jetzt auf einige Eigenschaften der elektrischen Feldlinien hinweisen.

03:48 Zunächst einmal sind die elektrischen Feldlinien, wie wir sie bei der Ableitung dieser Zeigen, immer in eine Richtung, in die sich eine positive Ladung bewegen würde.

03:58 Wenn Sie also versuchen, die elektrischen Feldlinien zu zeichnen oder zu interpretieren, Denken sie immer an diese Definition: sie zeigen in die Richtung, in die sich eine positive Ladung bewegen würde, wenn ich die Ladung an dieser Stelle platziere würde.

04:10 Genau aus diesem Grund ist es auch nicht möglich, dass sich Feldlinien kreuzen, denn dann könnte man sich fragen: Was passiert am Kreuzungspunkt dieser Feldlinien? Und wenn ich dort eine elektrische Ladung anbringe, habe ich plötzlich eine Zweideutigkeit, in welche Richtung wird es sich bewegen, da ich zwei verschiedene Linien habe, denen es folgen könnte? Die elektrischen Feldlinien könnten sich also niemals kreuzen.

04:31 Außerdem zeichnen wir elektrische Feldlinien so, dass sie dichter werden.

04:36 Wir zeichnen mehr Feldlinien, wie ich es hier in diesem Fall getan habe, dass wir mehr elektrische Ladung haben oder ein stärkeres elektrisches Feld.

04:43 Wir haben bereits über die Idee der Überlagerung gesprochen, was nur bedeutet, dass wir Vektorfelder übereinanderlegen können, so dass wir an jedem Punkt eines Feldes, wie dem Kraftfeld, die Gesamtkraft an diesem Punkt durch einfaches Addieren der Kraft der verschiedenen Beitragszahler ermittelt werden kann.

05:01 Das elektrische Feld folgt demselben Prinzip.

05:03 Wenn ich also zum Beispiel zwei Ladungen wie hier nebeneinander habe, könnte ich die elektrischen Feldlinien von jedem Punkt aus zeichen und dann einfach den Wert der elektrischen Felder an jedem Punkt addieren, so könnte ich mir die Form des elektrischen Feldes für die beiden Ladungen zusammen ausdenken wie wir es auch hier unten sehen.

05:21 Die Richtung der elektrischen Feldlinien hängt von der Ladung ab, die sie erzeugt und das ergibt sich direkt aus der Tatsache, dass wir gesagt haben, die elektrischen Feldlinien folgen immer Immer die Richtung, in die sich eine kleine positive Ladung bewegen würde, wenn ich sie in das elektrische Feld einfüge So zum Beispiel, in diesem oberen Bild haben wir eine negative und eine positive Ladung.

05:44 Da wir wissen, dass sich eine kleine positive Ladung von der positiven Ladung entfernen würde die wir hier auf der rechten Seite haben.

05:50 Wir wissen, dass die Feldlinien von unserer Abzweigung wegführen sollten, weg von der positiven Ladung und hin zu einer negativen Ladung.

05:57 Sie können sich das so vorstellen, dass dieses Bild eine kleine positive Ladung einführt.

06:01 und dann dorthin zu folgen, wo sie hinmüsste indem sie von der einen Ladung abgestoßen und von der anderen Ladung angezogen werden.