Stromstärke und Ladung
- Stromstärke
- I = ΔQ / Δt
- Ladung
- Q = ne
I StromstärkeQ Ladungn Anzahl der Ladungsträgere Elementarladung
Formelsammlung Elektrizität und Wellen
Die wichtigsten Formeln zu Stromkreisen, Feldern und Wellen auf einem Physik-Blatt: Stromstärke und Widerstand, Reihen- und Parallelschaltung, Kondensatoren, elektrische Felder, Magnetismus, Wellen, Licht und Linsen, mit erklärten Symbolen.
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Die wichtigsten Formeln zu Stromkreisen, Feldern und Wellen auf einer Seite: Elektrizität, Magnetismus und Wellen aus AP Physics 2 und aus der Physik im A level. Unter jeder Formel sind Symbole und Bedingungen erklärt, und am Ende des Blatts stehen die Konstanten. Formeln mit Rechner führen zu ihm, damit du eigene Werte ausprobieren kannst. Schalte auf Frag mich ab, um die Formeln zu verdecken und dich selbst zu prüfen, oder druck das ganze Blatt aus.
Stromstärke und Widerstand
Ohmsches Gesetz
- V = IR
- Spezifischer Widerstand
- R = ρL / A
V SpannungR Widerstandρ Spezifischer WiderstandL LängeA Querschnittsfläche
Elektrische Leistung und Energie
- Elektrische Leistung
- P = IV = I²R = V² / R
- Umgesetzte Energie
- E = Pt = IVt
P Leistungt Zeit
Quellenspannung und Innenwiderstand
- ε = I(R + r)
- Klemmenspannung
- V = ε − Ir
ε Quellenspannungr Innenwiderstand
Stromkreise
Reihenschaltung
- Gesamtwiderstand
- R_T = R₁ + R₂ + …
- Stromstärke
- I_T = I₁ = I₂ = …
- Spannung
- V_T = V₁ + V₂ + …
Parallelschaltung
- Gesamtwiderstand
- 1 / R_T = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …
- Zwei Widerstände
- R_T = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
- Stromstärke
- I_T = I₁ + I₂ + …
- Spannung
- V_T = V₁ = V₂ = …
Kirchhoffsche Regeln
- Knotenregel
- ΣI_in = ΣI_out
- Maschenregel
- ΣΔV = 0
Kondensatoren
- Kapazität
- C = Q / V
- Gespeicherte Energie
- U = ½QV = ½CV²
- Parallel
- C_T = C₁ + C₂ + …
- In Reihe
- 1 / C_T = 1 / C₁ + 1 / C₂ + …
- Zeitkonstante
- τ = RC
C KapazitätQ Ladung
Elektrische Felder
Coulombsches Gesetz
- F = k|q₁q₂| / r²
- Coulomb-Konstante
- k = 1 / (4πε₀)
q₁, q₂ Ladungenr Entfernung
Elektrisches Feld
- E = F / q
- Punktladung
- E = k|q| / r²
- Im Plattenkondensator
- E = V / d
E Elektrische Feldstärkeq Ladungd Plattenabstand
Elektrisches Potential
- Punktladung
- V = kq / r
- Elektrische potentielle Energie
- U = qV
- Änderung der potentiellen Energie
- ΔU = qΔV
V Elektrisches Potentialq LadungU Potentielle Energie
Magnetismus
Lorentzkraft
- Auf eine bewegte Ladung
- F = |q|vB sin θ
- Auf einen stromdurchflossenen Leiter
- F = BIL sin θ
B Magnetische Flussdichteθ Winkel zum Feld
Magnetfeld eines langen Leiters
- B = μ₀I / (2πr)
μ₀ Magnetische Feldkonstanter Abstand vom Leiter
Elektromagnetische Induktion
- Magnetischer Fluss
- Φ = BA cos θ
- Induktionsgesetz
- ε = −N ΔΦ / Δt
- Bewegter Stab im Magnetfeld
- ε = BLv
Φ Magnetischer Flussθ Winkel zwischen Feld und FlächennormaleN WindungszahlL Längev Geschwindigkeit
Wellen und Optik
Wellengleichung
- Ausbreitungsgeschwindigkeit
- v = fλ
- Periodendauer
- T = 1 / f
f Frequenzλ WellenlängeA Amplitude
Licht und Photonen
- Lichtgeschwindigkeit
- c = fλ
- Photonenenergie
- E = hf = hc / λ
Im Vakuum: λ ist die Wellenlänge im Vakuum.
h Plancksches Wirkungsquantum
Brechung
- Brechungsindex
- n = c / v
- Brechungsgesetz von Snellius
- n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
- Grenzwinkel
- sin θ_c = n₂ / n₁
Die Winkel werden zum Lot gemessen. Einen Grenzwinkel gibt es nur, wenn n₁ > n₂.
n Brechungsindexθ₁, θ₂ Winkel zum Lot
Linsen und Spiegel
- Dünne Linse
- 1 / f = 1 / d_o + 1 / d_i
- Abbildungsmaßstab
- M = h_i / h_o = −d_i / d_o
f Brennweitedₒ Gegenstandsweitedᵢ Bildweitehₒ, hᵢ Gegenstands- und Bildgröße
Interferenz am Doppelspalt
- Helle Streifen
- d sin θ = mλ
- Streifenabstand
- Δy = λL / d
Streifenabstand: für kleine Winkel, wenn der Schirm weit vom Doppelspalt entfernt ist.
d Spaltabstandm Ordnung des StreifensL Abstand zum Schirm
Konstanten
Konstanten
- Elementarladung
- e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C
- Coulomb-Konstante
- k = 8.99 × 10⁹ N m²/C²
- Elektrische Feldkonstante
- ε₀ = 8.85 × 10⁻¹² C²/(N m²)
- Lichtgeschwindigkeit
- c = 3.00 × 10⁸ m/s
- Plancksches Wirkungsquantum
- h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s
- Magnetische Feldkonstante
- μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T m/A
Reihe oder parallel
Die meisten Fragen zu Stromkreisen laufen auf zwei Regeln hinaus. In Reihe, eins nach dem anderen, fließt durch jedes Bauteil derselbe Strom, und die Spannungen addieren sich zur Spannung der Batterie. Parallel, nebeneinander, liegt an jedem Zweig dieselbe Spannung, und die Ströme addieren sich zum Gesamtstrom.
Deshalb addieren sich Widerstände in Reihe und werden parallel kleiner. Zwei Widerstände mit 6 Ω ergeben in Reihe 12 Ω; dieselben zwei ergeben parallel 3 Ω, weil der Strom jetzt zwei Wege hat statt einem. Viele Schaltungen, die beides mischen, löst du von innen nach außen: Ersetze jede Parallelgruppe durch ihren Gesamtwiderstand und addiere dann die Widerstände in Reihe. Für eine Schaltung, die sich so nicht zerlegen lässt, etwa eine Brückenschaltung, brauchst du die Kirchhoffschen Regeln.
Welche Leistungsformel du nimmst
P = IV, P = I²R und P = V² / R sind eine Formel, in die V = IR eingesetzt wurde, um die Größe zu entfernen, die du nicht kennst. Nimm die, die nur braucht, was du hast. Eine 60-W-Lampe an 230 V zieht I = 60 / 230, etwa 0,26 A, und ihr Widerstand ist R = 230² / 60, etwa 880 Ω. Der Rechner zum ohmschen Gesetz löst alle vier nach dem auf, was du leer lässt.
Die Energie, die ein Gerät verbraucht, ist seine Leistung mal die Zeit, die es läuft, E = Pt. In Joule steht die Zeit in Sekunden; auf einer Stromrechnung steht die Leistung in Kilowatt und die Zeit in Stunden, das ergibt Kilowattstunden.
Dieselben Formeln in anderer Schreibweise
AP Physics 2 schreibt ΔV für eine Spannung, wo dieses Blatt und A level V schreiben, und es schreibt das coulombsche Gesetz mit 1 / (4πε₀) statt k: Das Blatt gibt beides an, denn es ist dieselbe Zahl. A level schreibt die Linsengleichung als 1 / f = 1 / u + 1 / v, mit u und v als Gegenstands- und Bildweite; dieses Blatt bleibt bei d_o und d_i, damit v eine Geschwindigkeit bleiben kann.
Wie es weitergeht
Der Rechner für die Wellenlänge löst die Wellengleichung und die Photonenenergie nach jedem Wert auf, den du leer lässt, und die anderen Physik-Rechner zeigen jeden Schritt. Für Bewegung, Kräfte und Energie ist die Formelsammlung Mechanik die andere Hälfte des Kurses.
Häufige Fragen
Was ist das ohmsche Gesetz?
V = IR: Die Spannung an einem Widerstand ist die Stromstärke durch ihn mal sein Widerstand. Eine 6-V-Batterie an einem 3-Ω-Widerstand treibt einen Strom von 2 A. Das Gesetz gilt für Widerstände bei konstanter Temperatur; eine Glühlampe oder eine Diode folgt ihm nicht.
Wie addiert man parallel geschaltete Widerstände?
Addiere die Kehrwerte: 1/R_T = 1/R₁ + 1/R₂. Für zwei Widerstände ist das R_T = R₁R₂ / (R₁ + R₂), also ergeben 6 Ω und 3 Ω parallel 2 Ω. Der Gesamtwiderstand ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand, weil jeder Zweig dem Strom einen weiteren Weg öffnet.
Was ist der Unterschied zwischen Quellenspannung und Spannung?
Die Quellenspannung ε ist die Energie, die eine Batterie jedem Coulomb Ladung mitgibt. Wenn die Batterie einen Strom liefert, ist die Spannung an ihren Polen kleiner, weil ein Teil der Energie in der Batterie selbst verbraucht wird: V = ε − Ir, wobei r ihr Innenwiderstand ist.
Wie hängen Wellenlänge und Frequenz zusammen?
Die Geschwindigkeit einer Welle ist ihre Frequenz mal ihre Wellenlänge, v = fλ. Bei Licht im Vakuum ist die Geschwindigkeit c, also hat grünes Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm eine Frequenz von 3,00 × 10⁸ / 5,00 × 10⁻⁷ = 6,0 × 10¹⁴ Hz. Bei gleicher Geschwindigkeit bedeutet eine höhere Frequenz immer eine kürzere Wellenlänge.
Deckt dieses Blatt AP Physics 2 ab?
Es deckt die wichtigsten Formeln zu Elektrizität, Magnetismus, Wellen und Optik von AP Physics 2 ab, nicht die Thermodynamik oder die moderne Physik. In der Prüfung gibt dir das College Board seine eigene Formelsammlung, also übe mit dieser und nutze dieses Blatt als kostenlose Ergänzung.
Mit deinen eigenen Zahlen ausprobieren?
Ohmsches Gesetz Rechner Rechner öffnen