Konzepte und Formeln zu elektrischen Feldern, Stromkreisen und Magnetismus für die analysisbasierte AP-Physics-C-Prüfung (E&M). Vorderseite: der Begriff oder die Formel. Rückseite: Definition oder Formel mit einem kurzen Hinweis zur Anwendung.
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- Elektrisches Feld
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Die Kraft pro positiver Einheitsladung an einem Punkt; E = F/q, gemessen in N/C oder V/m.- E = kQ/r^2
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Elektrisches Feld einer Punktladung Q im Abstand r; k = 8,99 x 10^9 N*m^2/C^2 (Coulomb-Konstante); das Feld zeigt von einer positiven Ladung radial nach außen.- Coulombsches Gesetz
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F = k*Q1*Q2/r^2; die Kraft zwischen zwei Punktladungen hängt vom Produkt der Ladungen und vom Kehrwert des Abstandsquadrats ab.- Elektrisches Potenzial
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Die potenzielle Energie pro positiver Einheitsladung an einem Punkt; V = U/q, gemessen in Volt; entspricht der Arbeit pro Ladung, um eine Ladung aus dem Unendlichen an diesen Punkt zu bringen.- V = kQ/r
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Elektrisches Potenzial einer Punktladung Q im Abstand r; gemessen in Volt; die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten ist die Arbeit pro Ladung, wenn eine Ladung zwischen ihnen verschoben wird.- Superpositionsprinzip
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Das gesamte elektrische Feld an einem Punkt ist die Vektorsumme der Felder aller einzelnen Ladungen; das gesamte Potenzial ist die skalare Summe der Potenziale.- Elektrischer Fluss
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Phi_E = E*A*cos(theta); Maß für die Feldlinien, die durch die Fläche A treten, wobei theta der Winkel zur Feldrichtung ist; gemessen in N*m^2/C.- Gaußsches Gesetz
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Der elektrische Fluss durch jede geschlossene Fläche ist gleich der eingeschlossenen Ladung geteilt durch epsilon_0; Phi_E = Q_eingeschlossen/epsilon_0 (mit epsilon_0 = 8,85 x 10^-12 F/m).- Gaußsche Fläche
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Eine gedachte geschlossene Fläche, die so gewählt wird, dass man die Symmetrie beim Anwenden des Gaußschen Gesetzes ausnutzt; meist eine Kugel, ein Zylinder oder eine unendliche Ebene; der Betrag des Feldes ist auf der Fläche konstant.- Leiter im elektrostatischen Gleichgewicht
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Das elektrische Feld im Inneren ist null, überschüssige Ladung sitzt vollständig auf der Außenfläche, die Oberfläche ist eine Äquipotenzialfläche, und das Feld direkt außerhalb steht senkrecht zur Oberfläche.- Äquipotenzialfläche
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Eine Fläche, deren Punkte alle dasselbe elektrische Potenzial haben; entlang einer Äquipotenzialfläche ist keine Arbeit nötig, um eine Ladung zu bewegen; Äquipotenzialflächen stehen überall senkrecht auf den Feldlinien.- Kapazität
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C = Q/V; das Verhältnis der Ladung auf einer Platte zur Potenzialdifferenz zwischen den Platten, gemessen in Farad (F); beschreibt die Fähigkeit, bei gegebener Spannung Ladung zu speichern.- Plattenkondensator
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C = epsilon_0*A/d, wobei A die Fläche jeder Platte und d der Plattenabstand ist; das elektrische Feld zwischen den Platten ist homogen und beträgt E = sigma/epsilon_0 (sigma ist die Flächenladungsdichte).- Im Kondensator gespeicherte Energie
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U = (1/2)*Q*V = (1/2)*C*V^2 = Q^2/(2C); entspricht der Arbeit beim Aufladen des Kondensators; alle drei Formen sind gleichwertig.- Dielektrikum
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Nichtleitendes Material zwischen den Kondensatorplatten; erhöht die Kapazität um den Faktor kappa (Dielektrizitätszahl) und verringert das elektrische Feld zwischen den Platten um den Faktor kappa.
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