Physik: Elementarteilchen und Ladungen

Benotung

• Semesterprüfung: Wird als B-Note bewertet.
• Mitarbeit: Wird als A-Note bewertet.
• Hausaufgaben (falls vorhanden): Fließen in die Bewertung ein.

Aufbau der Materie

• Neutron (η): Elementarteilchen.
• Proton (p+): Elementarteilchen.
• Elektron (e-): Elementarteilchen.
• Elementarladung (e): Maßeinheit für elektrische Ladung. e = 1,60 * 10^-19 C (Coulomb).
• Kleinste nachgewiesene freie Ladung: Die Ladung eines Elektrons oder Protons.
• Ladung als Eigenschaft: Eine Eigenschaft von Teilchen, die ihre Wechselwirkung beeinflusst.
• Entgegengesetzte Ladungen: Protons und Elektronen haben entgegengesetzte Ladungen.
• Protonenladung (qp): qp = +e = 1,60 * 10^-19 C.
• Elektronenladung (qe): qe = -e = -1,60 * 10^-19 C.
• Wechselwirkung von Ladungen: Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an, gleichnamige stoßen sich ab.

Bestimmung der Elementarladung

• Millikan-Experiment: Experiment zur Bestimmung der Elementarladung.
• Vielfache der Elementarladung: Die gemessenen Ladungen waren immer ganzzahlige Vielfache der Elementarladung e.
• Kleinste mögliche Ladungseinheit: Die Elementarladung e.

Coulomb-Gesetz

• Beschreibung: Gesetz, das die Wechselwirkung zwischen zwei elektrischen Punktladungen in der Elektrostatik beschreibt.
• Anziehen von unterschiedlich geladenen Ladungen: Unterschiedliche Ladungen ziehen sich an.
• Abstoßung von gleich geladenen Ladungen: Gleiche Ladungen stoßen sich ab.
• Coulomb-Kraft (Fc): Fc = k * |q₁ * q₂| / r².
• K: Coulomb-Konstante.
• q₁ und q₂: Elektrische Ladungsmenge.
• r: Abstand zwischen den Mittelpunkten der Ladungen.
• Vakuum: Fc im Vakuum.
• **Dielektrizitätskonstante des Vakuums/Elektrische Feldkonstante (ε₀):**ε₀ = 8,8541878 * 10^-12 As/V m
• Coulomb-Konstante (k): k = 1 / (4πε₀) = 8,987552 * 10⁹ N⋅m²/C²
• Abhängigkeit von Ladungen und Abstand: Die Coulomb-Kraft ist direkt proportional zum Produkt der Ladungen und indirekt proportional zum Quadrat des Abstandes.
• Medium: Fc im Medium (nicht im Vakuum); Permittivität (dielektrische Leitfähigkeit) des Mediums beachten.

Gravitationsgesetz

• Beschreibung: Beschreibt die Anziehungskraft zwischen Massen.
• Gravitationskraft (Fg): Fg = G * m₁ * m₂ / r².
• G: Gravitationskonstante. G = 6,673 * 10^-11 N * m² / kg²
• m₁ und m₂: Massen der Körper.
• r: Abstand zwischen den Körpern.
• Bestimmung von G: Durch die Messung von Fg und m1, m2, und r wurde die Gravitationskonstante G bestimmt.
• Beispielanwendung: Berechnung der Gravitationskraft zwischen zwei Objekten

Feld

• Beschreibung: Eine physikalische Größe, die in jedem Punkt des Raumes definiert ist und eine Stärke und eine Richtung hat.
• Eigenschaften: Stärke und Richtung
• Feldlinien: Linien, die die Richtung und Stärke des Feldes anzeigen.

Aquipotenziallinien

• Eigenschaften: Linien entlang derer sich die potentielle Energie nicht ändert.
• Rechtwinklig zu Feldlinien: Die Aquipotenziallinien verlaufen immer rechtwinklig zu den Feldlinien.

Potenzielle Energie

• Beschreibung: Die potentielle Energie Epot eines Körpers in einem Feld ist abhängig von seiner Position.
• Berechnung (elektrisch): Epot=q.Φ
• (Beziehung zu der elektrischen Potential Φ)
• Berechnung (gravitationell): Epot=-G.M.m/r
• (Beziehung zwischen Gravitationskonstante G, den Massen M und m sowie dem Abstand r).
• Nullpunkt der potentiellen Energie: Der Nullpunkt der potentiellen Energie wird oft willkürlich definiert.

Bewegungen (Mechanik)

• Gleichförmige Bewegung: Konstante Geschwindigkeit (a=0).
• Gleichförmig beschleunigte Bewegung: Veränderung der Geschwindigkeit (a≠0).
• Formeln: s(t), v(t) etc usw.
• Beispiele: Berechnung von Fahrzeiten, Beschleunigung, Bremswege usw.

Senkrechter Wurf

• Formeln: s=so+vot+at² und v=vo+at... usw.
• Beispiele: Berechnung des höchsten Punktes, Flugzeit, Geschwindigkeit beim Aufprall.

Waagrechter Wurf

• Zusammensetzung von Bewegungen: Waagrechte Bewegung (konstante Geschwindigkeit) und vertikale Bewegung (freier Fall).
• Formeln: s(x)= Vo·t und sy=ho-½·gt.
• Beispiele: Bestimmung von Flugzeit, horizontaler Reichweite usw.

Kreisbahn Geschwindigkeit

• Abhängigkeit von Drehzahl und Radius: Die Geschwindigkeit ist abhängig von der Drehzahl und dem Radius der Kreisbahn.
• Beispielanwendungen: Berechnung der Geschwindigkeit für verschiedene Objekte in Kreisbahnen (z. B. Katze in Waschmaschine, Fahrzeug etc. usw.)

Zentripetalkraft

• Verantwortlich für Richtungsänderung: Zentripetalkraft ist die Kraft, die eine Änderung der Richtung der Bewegungsrichtung eines Objektes bewirkt
• Berechnung: Fz = m a z = mw² r (wenn ein Körper eine Kreisbewegung macht).
• Herleitung der Formel: Aus den Formeln der Bewegung auf einer Kreisbahn lässt sich die Formel für die Zentripetalkraft ableiten
• Beispiele: Berechnung der Zentripetalkraft für verschiedene Situationen
• Zusammenhang Zentripetalkraft und Beschleunigung: Für eine Kreisbewegung ist eine Zentripetalbeschleunigung notwendig, was durch eine Zentripetalkraft verursacht wird (F=ma)

Zentrale Kraft

• Definition: Eine auf ein Körper wirkende Kraft, die konstant in Richtung eines bestimmten Punktes (z.B. Zentrum des Kreislaufs) wirkt.

Geostationäre Bahn

• Bedingung: Umlaufzeit des Objekts (Satellit) = Erddrehung
• Höhe: Die Höhe eines Objekts in einer geostationären Umlaufbahn bestimmt die Geschwindigkeit.
• Berechnung der Höhe: Die Berechnung der Höhe in einer geostationären Umlaufbahn kann aus der Formel für die Zentripetalbeschleunigung abgeleitet werden, Fz=m.w²r.

Kosmische Geschwindigkeit

• Flüchtgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit, die benötigt wird, um ein Gravitationsfeld zu verlassen.
• Berechnung: Vves = √2GM/r.
• Beispielanwendungen: Berechnung der Fluchtgeschwindigkeit für verschiedene Objekte.

Gesamte mechanische Energie

• Definition: Gesamte mechanische Energie = kinetische + potentielle Energie
• Definition im Orbit: Die Gesamte Energie ist für Objekte im Orbit konstant
• Hinweis: Die Formel für die Gesamte Energie gilt nur für radial-symmetrische Felder.

Dieses Quiz befasst sich mit den Grundlagen der Elementarteilchen, einschließlich Protonen, Elektronen und Neutronen. Dabei wird die Bedeutung der Elementarladung und ihre Wechselwirkungen behandelt, basierend auf der Theorie und dem Millikan-Experiment. Teste dein Wissen über diese fundamentalen Konzepte der Physik!