Formelsammlung Physik
Klassische Mechanik|Wellenlehre|Optik|Akustik|Wärmelehre| Elektrizitätslehre|Elektrodynamik|Atom- und Kernphysik|Quantenphysik|Thermodynamik 2|Relativitätstheorie|Astronomie|Hydrostatik|Tabellen
- Siehe auch: Formelsammlung_Elektrotechnik.
Dieses ist eine Formelsammlung zum Thema Elektrostatik. Es werden mathematische Symbole verwendet, die im Wikipedia-Artikel Mathematische Symbole erläutert werden. |
Ladung / Verschiebungsfluss
Einheit
Elektrische Elementarladung
Die Ladung ist vielfaches der elektrische Elementarladung
Linienladungsdichte
Oberflächenladungsdichte
Raumladungsdichte
- ,
Ladungserhaltung
- : Gesamtladung im abgeschlossenen System
- : Einzelladungen
- : Volumen , w:infinitesimales Volumenelement
Anziehungskraft zweier Punktladungen
skalar:
vektoriell:
- : w:Permittivität (Dielektrizitätszahl)
- : w:elektrische Feldkonstante
- : relative Permittivität (relative Dielektrizitätszahl)
- : (Pi) w:Kreiszahl
- : Ladungen
- : Abstandsw:vektor der Ladungen
- : Abstand der Ladungen
Verschiebungsfluss
skalar:
- wenn hom*ogen:
vektoriell:
geschlossene Fläche:
- : eingeschlossene Ladung
- : Permittitvität (Dielektrizitätszahl)
- : elektrische Feldkonstante
- : relative Permittivität (relative Dielektrizitätszahl)
- : Normalkomponente
nach oben
elektrische Feldstärke
die elektrische Feldstärke (E-Feld) und deren Einheit
Die elektrische Feldstärke ist eine vektorielle Größe; sie hat somit einen Betrag und eine Richtung.
Die Einheiten veranschaulichen die einfachste Berechnungen des E-Feldes:
Feldstärke im Potenzialfeld:
E-Feld einer Punktladung
skalar:
vektoriell:
- : Elektrische Feldkonstante
- : Dielektrizitätszahl
E-Feld eines geladenen Leiters
äußeres Feld:
- skalar:
- vektoriell:
inneres Feld:
- Für eine Statische Ladungsverteilung muss die Summe aller Kräfte auf jede Ladung 0 sein. Da Ladungen im inneren eines Leiters frei beweglich sind gilt, darf es kein Feld geben. Diesem würde jede Ladung folgen, bis auftretende Ladungsverteilungen das Ursprungsfeld kompensieren. Das heißt, dass es keine Potentialdifferenz gibt:
- .
- erfüllt diese Bedingung. Wonach das Feld 0 sein muss:
- Nach dem Eindeutigkeitssatz, ist dies die richtige Lösung.
nach oben
Spannung / Potential
die Spannung / das Potential und deren Einheit
Spannung zwischen zwei Punkten im E-Feld
- im hom*ogenen Feld:
Potential im E-Feld
- : Bezugspunkt;
Wenn kein bewegendes Magnetischesfeld vorhanden ist.
nach oben
Kondensatoren
Kapazität
die Kapazität und deren Einheit
die Kapazität ist ein Maß für die Speicherfähigkeit eines Kondensators. Ihr Symbolbuchstabe ist:
Ihre Einheit ist das Farad:
Die Einheit veranschaulicht die einfachste Berechnung der Kapazität:
Kapazität einer beliebigen Ladungsverteilung
Kapazität eines Plattenkondensators
- : Permittivität (Dielektrizitätszahl)
- : elektrische Feldkonstante
- : relative Permittivität (relative Dielektrizitätszahl)
Kapazität eines Zylinderkondensators
könnte z.B. ein Koax-Kabel sein
- : Außenradius
- : Innenradius
- : Zylinderlänge
Kapazität einer freistehenden Kugel
- : Kugelradius
Kapazität eines Kugelkondensators
- : äußerer Kugelradius
- : innerer Kugelradius
Grundlagen
Ladung
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
Q Ladung | C Coulomb |
Kapazität
Allgemein | |
Ladung Q im Kondensator | |
Energie W im Kondensator | |
Strom in den Kondensator | |
Laden / Entladen in Reihenschaltung | |
Anfangsladestrom | |
Zeitkonstante | |
Kondensatorspannung beim Ladevorgang | |
Ladestrom | |
Kondensatorspannung beim Entladevorgang | |
Entladestrom |
Reihenschaltung von Kondensatoren | Parallelschaltung von Kondensatoren |
Für n gleiche C | Für n gleiche C |
Formelzeichen
Einheit
- Ampere
- Das Ampere ist eine SI-Basiseinheit und hat daher keine Definitionsgleichung
Elektronen werden durch Kraftwirkung Beschleunigt
Elektronen werden beschleunigt bis es z. B. ein Gitteratom stößt:
wobei
- : Mittlere zwischen zwei Stößen
- : Driftgeschwindigkeit: Ist die mittlere Geschwindigkeit, die von Feldstärke verursachen wird.
- : Elektronenmasse
- : Beweglichkeit der Elektronen
Einheit
- Ampere*Meter^-2
wobei
- : Volumenladungsichte
- : Anzahl der Elektronen
- : Elementarladung
Wenn hom*ogen
Es gilt nur wenn Strom konstant ist, und wenn es keine Ladung in die Hüllfläche gibt.
Formelzeichen
Einheit
Dass der Widerstand konstant ist, gilt übrigens nur bei konstanter Temperatur und metallischen Leitern!Für den Fall, dass der Widerstand sich mit der Temperatur ändert, gilt folgende Gesetzmäßigkeit:
Der Widerstand bei einer Temperatur ist der Widerstand bei einer bekannten Temperatur multipliziert mit einem Faktor, der von einer Materialkonstante α abhängt und der Temperaturdifferenz .
Spannung, Stromstärke, Widerstand, Leitwert
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
U Spannung | V Volt |
I Stromstärke | A Ampère |
R Widerstand | Ω Ohm |
G Leitwert | S Siemens |
Leistung
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
P Leistung | W Watt |
(Ohmsche Verluste) | ||
Elektrische Arbeit
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
W Arbeit | Ws Wattsekunde = J w:Joule |
t w:Zeit | s Sekunden |
Reihenschaltung von Widerständen
2. Kirchhoff'sches Gesetz, auch Maschenregel genannt. |
Die Summe aller Teilspannungen ist genauso groß wie die Gesamtspannung |
Formelzeiche | Beschreibung | Formelzeichen | Beschreibung | Formelzeichen | Beschreibung |
---|---|---|---|---|---|
Rges | Gesamtwiderstand | R1 | Teilwiderstand | R2 | Teilwiderstand |
Uges | Gesamtspannung | UR1 | Spannung an R1 | UR2 | Spannung an R2 |
Pges | Gesamtleistung | PR1 | Leistung an R1 | PR2 | Leistung an R2 |
Parallelschaltung von Widerständen
1. Kirchhoff'sches Gesetz, auch Knotenregel genannt. |
Die Summe aller Teilströme ist genauso groß wie der Gesamtstrom |
Formelzeichen | Beschreibung | Formelzeichen | Beschreibung | Formelzeichen | Beschreibung |
---|---|---|---|---|---|
Rges | Gesamtwiderstand | R1 | Teilwiderstand | R2 | Teilwiderstand |
Gges | Gesamtleitwert | G1 | Leitwert von Teilwiderstand R1 | G2 | Leitwert von Teilwiderstand R2 |
Iges | Gesamtstromstärke | IR1 | Stromstärke an R1 | IR2 Stromstärke an R2 | |
Pges | Gesamtleistung | PR1 | Leistung an R1 | PR2 | Leistung an R2 |
Spezifischer Widerstand
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
ρ Spezifischer Widerstand | (Ω·mm²)/m |
Tabelle für den spezifischen Widerstand
Leiterwiderstand
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
l Länge | m w:Meter |
A w:Fläche | m² w:Quadratmeter |
Leitfähigkeit
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
γ Leitfähigkeit | m / (Ω·mm²) |
Leiterwiderstand
Einfacher Gleichstromkreis
elektrische Spannung U | = Zeit = elektrische Ladung = mechanische Arbeit
= Temperatur | |
elektrische Strom- stärke I | Unter der Bedingung eines stationären Stromes (I = konstant) gilt: | |
elektrischer Wider- stand R | ||
elektrischer Leitwert G | ||
elektrische Leistung P | ||
elektrische Arbeit W | ||
ohmsches Gesetz | Unter der Bedingung gilt: | |
Widerstandsgesetz | ||
elektrische Leitfähigkeit |
Unverzweigter und verzweigter Gleichstromkreis
Reihenschaltung von Widerständen | Parallelschaltung von Widerständen |
---|---|
Spannungsteilerregel: | Stromteilerregel: |
Reihenschaltung von Spannungsquellen | Parallelschaltung von Spannungsquellen |
Unter der Bedingung gleicher Spannungsquellen gilt: |
Magnetisches Feld
Lorentzkraft
Magnetische Flussdichte
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
Magnetische Flussdichte | T Tesla |
Allgemein
Magnetische Wirkung eine ladung in andere Ladung:
wobei
- : Permeabilität
- : magnetische Feldkonstante
- : relative Permeabilität
- : (Pi) Kreiszahl
- : Ladungen
- : Ladungen geschwindigkeit
- : Abstandsvektor der Ladungen
- : Abstand der Ladungen
und
Magnetische Feldstärke
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
Magnetische Feldstärke | A/m |
Lorenzkraft
Flussdichte eines Leiters
Für einer unendliche lange Leiter gilt:
Oerstedsche Gesetz
Magnetischer Fluss
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
Magnetischer Fluss | Weber |
Induktivität
Formelzeichen | Einheit |
---|---|
Induktivität | Henry |
Induktivität ist verketterter magnetische Fluss durch Ström
Elektromagnetisches Feld
Braunsche Röhre
Ablenkung im Kondensator | = Ablenkspannung = Beschleunigungsspannung = Kondensatorlänge = Plattenabstand = Abstand von Kondensator zum Schirm | |
Ablenkung außerhalb des Kondensator | ||
Gesamte Ablenkung |
Wechselstromkreis
Stromstärke i im Wech- selstromkreis | Momentanwert: Effektivwert: |
|
Spannung u im Wech- selstromkreis | Momentanwert: Effektivwert: | |
Scheinleistung S | ||
Wirkleistung P | ||
Blindleistung Q |
Widerstände im Wechselstromkreis
kapazitiver Widerstand | |
| induktiver Widerstand | |
|
Transformator
= Spannung in der Primärspule
= Spannung in der Sekundärspule
= Windungen der Primärspule
= Windungen der Sekundärspule
= Stromstärke in der Primärspule
= Stromstärke in der Sekundärspule
Elektromagnetische Schwingungen
Elektromagnetische Wellen
Leitungsvorgänge in festen und flüssigen Körpern
Weblinks
- http://www.elektrotechnik-fachwissen.de/
- http://www.elektronik-kompendium.de/
- http://www.formelsammlung24.de/
- Formelsammlung für TI Grafiktaschenrechner - speziell für Elektroberufe
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