[Physik] Elektrische Feldstärke E umstellen in Volt/Meter?
Guten Tag,
ich verstehe leider folgendes noch nicht so wirklich:
Da Newton und Coulomb abgeleitete Einheiten sind, lässt sich Newton/Coulomb in aberwitzige Einheiten umrechnen, daher ist für die elektrische Feldstärke auch die Einheit
Volt / Meter bzw. Volt * Meter^-1 zulässig.
Aber wie kommt man von
E = Kraft/Ladung = F/Q
= Newton/Coulomb
auf
Volt/Meter?
Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen und leicht verständlichen Antworten.
4 Antworten
Wir sollen N/C in V/m umwandeln.
Zuerst steht eine mechnische Einheit oben und eine elektrische unten und nachher soll es umgekehrt sein.
Die Einheit schlechthin, die sich sowohl mechanische als auch elektrische ausdrücken lässt, ist die Energie:
1 J = 1 Nm = 1 Ws
Die hilft bei solchen Spielereien meistens weiter.
Nm = Ws dividieren wir duch m, damit wir das schon mal unten stehen haben:
N = Ws/m
Das setzen wir oben ein und erhalten:
N/C = Ws/mC
Jetzt sind wir fast schon am Ziel, den oben steht was elektrisches und unten was mechanisches, aber noch nicht so, wie wir wollen. Da muss gekürzt werden.
Nun wissen wir auch:
1 W = 1 VA (wir müssen ja irgendwo das V herholen)
1 C = 1 As
und setzen beides ein:
N/C = Ws / mC = VAs / mAs
Den Rest überlasse ich jetzt dir, um über eine Eigenleistung das freudige Gefühl eines Erfolgserlebnisses genießen zu dürfen. ;-)
Den Satz kann auch nur ein (Schul-) Physiklehrer geschrieben haben - liest sich fast so, als wäre V/m eine unsinnige Einheit, dabei ist im wissenschaftlichen/technischen Bereich die Feldstärke immer über V/m angegeben...
Soweit ich weiß, gibt es kine Unterscheidung von Basis- und abgeleiteten SI-Einheiten mehr... Aber du könntest beides zerlegen und zeigen, dass es gleich ist:
V = Nm/C
[E] = V/m = Nm/C * 1/m = N/C
C könnte man noch zerlegen in As
Die Spannung (Volt) definiert sich meines Wissens über das Linienintegral über das elektrische Feld... Vereinfacht: Die Länge einer Feldlinie des elektrischen Feldes mal die Stärke. Für ein homogenes Feld gilt dann:
U = E*d
Somit kommst du dann auch schnell auf E=U/d
Aus meiner Sicht sind das Herangehensweisen, die von 2 physikalischen Zusammenhängen kommen, das elektrische Feld ist dabei der gemeinsame Aspekt...
Das elektrische Feld selbst ergibt sich aus der räumlichen Anordnung der Ladung. Für einen Plattenkondensator gilt:
E = Q/(Epsilon0*A)
Mit Q als Ladung einer Platte.
Oder für eine Punktladung:
E = Q/(Epsilon0*4pi*r^2)
Was dir vielleicht als Formel für Coloumbkraft bekannt vorkommt:
F = q*Q/(Epsilon0*4*pi*r^2)
Es ist 1 W = 1 Nm/s, also 1 Nm = 1 Ws = 1 J.
N/C = N/(As) = (V * N) / (V * A * s) = (V * N) / (Ws) = (V * N) * (Nm) = V/m
Korrektur:
(V * N) / (Ws) = (V * N) / (Nm) = V/m
Danke an GreenxPiece für den Hinweis.
N/C = Nm/(Cm) = J/(Cm) = (J/C)/m = V/m