Physik und physikalische Chemie

Elektrizität und Elektromagnetismus

Von ruhenden Ladungen und elektrischen Feldern über Strom, Widerstand und Ladungsträger bis zu Elektrochemie, Magnetismus, Induktion und Wechselstrom.

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Eine Leitfähigkeitsmesszelle, eine pH-Elektrode und ein Elektrophoresegel beruhen auf denselben Grundgrößen: Ladung, Spannung, Strom und Widerstand. Die Elektrizitätslehre liefert damit das Handwerkszeug für Messtechnik, Elektrochemie und instrumentelle Analytik.

Der Weg beginnt bei ruhenden Ladungen und ihren Feldern und reicht bis zum Kondensator als Ladungsspeicher. Setzen sich Ladungen in Bewegung, fließt Strom. Spannung, Leistung und Widerstand beschreiben, was in einem Stromkreis geschieht, und mit den Kirchhoff’schen Regeln lassen sich auch verzweigte Schaltungen berechnen. Danach rückt die Frage in den Mittelpunkt, wer die Ladung eigentlich trägt: Elektronen in Metallen und Halbleitern, Ionen in Lösungen und Gasen.

Bei den Ionen setzt die Elektrochemie an, denn hier wandert mit der Ladung auch Materie. Daraus ergeben sich Leitfähigkeit, galvanische Zellen, Elektrolyse und die elektrische Doppelschicht, deren Zetapotential die Stabilität disperser Systeme mitbestimmt. Der zweite Strang führt zum Magnetismus: Ströme erzeugen Magnetfelder, Magnetfelder lenken bewegte Ladungen ab, und ein sich ändernder magnetischer Fluss induziert eine Spannung. Aus der Induktion folgt schließlich der Wechselstrom mit Effektivwert, Blindwiderständen und Schwingkreis.

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