Äquipotentialflächen

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Hinweise zur Durchführung

Die Durchführung dieses Versuches ist unkompliziert, einzig das Bewegen der Sonde längs einer Äquipotentialfläche bedarf ein wenig Übung. Man kann aber auch ein kurzes Stück optische Bank benutzen (siehe Video).
Die Flamme sollte möglichst klein eingestellt werden, da sie sich im Feld zur Seite neigt und zum Rußen und Flackern anfängt. Nähert man die Sonde den Platten entstehen auf den Platten lästige Rußflecken, die beim Abbau des Versuch entfernt werden sollten.

Didaktische Hinweise

Das Messprinzip bei einer Flammsonde ist ziemlich kompliziert, so dass im Unterricht bzw. während des Experiments nicht darauf eingegangen werden sollte. Für weitere Informationen siehe Leifi/Flammensonde/Details.
Gemäß der Definition von Äquipotentialflächen kann man auf diesen Flächen Ladungen ohne Verrichtung von Arbeit verschieben, d.h. Äquipotentialflächen sind senkrecht zur Kraftwirkung. zu Beginn der 11. Klasse steht den SuS aber noch kaum lineare Algebra oder Differential/Integralrechnung zur Verfügung. Eine vollständige Defintion der Arbeit als Vektorintegral ist also nicht möglich, zumal die SuS auch den Begriff des Skalarprodukts nicht kennen. Es ist aber durchaus möglich, dass die SuS nach der Mitteilung der Definition des Skalarprodukt damit arbeiten. Natürlich kann man auf die 8. Jahrgangsstufe verweisen, dass die mechanische Arbeit bei rechtem Winkel zwischen Kraft und Weg gleich Null ist, aber gerade für interessiertere SuS der Oberstufe ist diese Antwort kaum befriedigend.
Im Gegensatz zu Feldlinien sind Äquipotentialflächen experimentell greifbar: Man befindet sich mit der Flammensonde auf einer Äquipotentialfläche, solange sich das gemessene Potential nicht ändert.

Weiteres Material und Links

Videos

Potential im homogenen Feld: Flammensonde (weiß)
Potential im homogenen Feld: Flammensonde (schwarz)
Feld einer Kugel: Cavendish-Versuch
Feld im Inneren eines Kondensators
Elektronenablenkröhre
Kapazität eines Kugel (abh. vom Abstand)
Kapazität einer Kugel (abh. von der Spannung)

Links

 

Didaktik Physik LMU	E-Feld
Leifi	Potential und Elektrische Spannung
	Grundwissen Ladungen (Mittelstufe)
	Grundwissen Ladungen (Oberstufe)
PheT	Ladungen, Felder und Äquipotentialflächen
Physikunterricht - online	Elektrisches Potential und Spannung
spektrum.de	Elektrisches Potential
BR.de	Spannung