Abschnitt 16

Grundlagen der Elektrizität

q = n e

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Coulombsches Gesetz

F = k_{e} \frac{∣ q _{1} q _{2} ∣}{r ^{2}}

mit

k_{e} = \frac{1}{4 π ε _{0}}

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Elektrisches Feld

E = \frac{F}{q}

Für eine Punktladung

E = k_{e} \frac{∣ Q ∣}{r ^{2}}

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Elektrische Kraft

F = q E

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Elektrisches Potential

V = \frac{U}{q}

Für eine Punktladung

V = k_{e} \frac{Q}{r}

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Elektrische potentielle Energie

U = q V

Für zwei Punktladungen

U = k_{e} \frac{q _{1} q _{2}}{r}

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Potentialdifferenz und homogenes Feld

Δ V = - \int_{A}^{B} E \cdot d l

In einem homogenen Feld parallel zur Verschiebung

∣Δ V ∣ = E d

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Elektrischer Strom

I = \frac{Δ Q}{Δ t}

Momentan

I = \frac{d Q}{d t}

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Ohmsches Gesetz

V = I R

ohmsches Element im betrachteten Bereich.

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Widerstand eines gleichförmigen Leiters

R = ρ \frac{L}{A}

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Temperaturabhängigkeit des Widerstands

R = R_{0} [1 + α (T - T_{0})]

lineare Näherung im betrachteten Temperaturintervall.

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Elektrische Leistung

P = V I

Mit dem Ohmschen Gesetz

P = I^{2} R = \frac{V ^{2}}{R}

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Elektrische Energie

Für konstante Leistung

E = P t = V I t

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Widerstände in Reihenschaltung

R_{eq} = i \sum R_{i}

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Widerstände in Parallelschaltung

\frac{1}{R _{eq}} = i \sum \frac{1}{R _{i}}

Für zwei Widerstände

R_{eq} = \frac{R _{1} R _{2}}{R _{1} + R _{2}}

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Erstes Kirchhoffsches Gesetz

\sum I_{entra} = \sum I_{sale}

Äquivalent

\sum I = 0

an einem Knoten mit algebraischen Vorzeichen.

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Zweites Kirchhoffsches Gesetz

\sum Δ V = 0

beim Durchlaufen einer geschlossenen Masche.

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Kapazität — Grundkonzept

C = \frac{Q}{V}

wird als Konzept der Allgemeinen Physik aufgenommen; die detaillierte Analyse kapazitiver Schaltungen kann in die Elektronikphysik verschoben werden.

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Plattenkondensator

C = ε_{0} \frac{A}{d}

Mit Dielektrikum

C = κ ε_{0} \frac{A}{d}

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In einem Kondensator gespeicherte Energie

U_{C} = \frac{1}{2} C V^{2} = \frac{Q ^{2}}{2 C} = \frac{1}{2} Q V

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