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Erschienen in:
2014 | OriginalPaper | Buchkapitel
34. Gesetze der Elektrotechnik - wie ihre Bauelente funktionieren
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Kapitelvorwort
Welche Kräfte kennt die Elektrotechnik?
Wozu braucht man Widerstand, Kondensator und
Spule?
Die Elektrotechnik beruht auf einer einzigen Eigenschaft der Materie: der Ladung Q. Diese manifestiert sich sowohl durch elektrische als auch durch magnetische Kräfte. Jede Ladung erzeugt ein elektrisches Feld \(\vec{E}\). Bewegte Ladung erzeugt darüber hinaus ein Magnetfeld
\(\vec{B}\). Das elektrische Feld gibt nach dem Coulomb’schen Gesetz an, welche Kraft \(\vec{F}\) auf einen Ladungsträger im Feld wirkt: \(\vec{F}=Q\cdot\vec{E}\). Magnetfelder wirken durch die Lorentz-Kraft nur auf Ladungsträger, die sich mit einer Geschwindigkeit \(\vec{v}\) relativ zum Magnetfeld bewegen: \(\vec{F}=Q\cdot\vec{v}\times\vec{B}\). Magnetfelder ändern die Richtung einer Ladungsträgerbewegung, aber weder die Geschwindigkeit, noch die potenzielle Energie.
Beide Felder enthalten Energie. Die Energiedichten im Raum betragen \(\frac{W}{V}=\frac{1}{2}\varepsilon|\vec{E}^{2}|\) und \(\frac{W}{V}=\frac{1}{2\mu}|\vec{B}^{2}|\). Die Energie des elektrischen Feldes wird durch den Kondensator, die des magnetischen Feldes durch die Spule genutzt.