Das elektrische Feld

Sammlung von Physik Applets

Elektrischen Kräfte können über große Distanzen wirken. Aber wie werden diese Kräfte übertragen?. Früher ging man davon aus, dass der Raum von einem gasähnlichen Stoff, dem Äther, erfüllt ist. Dieser vermittelt die Kraft in Form von Wirbeln. Diese Vorstellung kann aber durch Experimente leicht widerlegt werden.
Die Quantenmechanik beschreibt heute die Kraftübertragung mit Photonen. 
Wenn man sich nicht zu sehr um die Art der Kraftübertragung kümmert, sondern nur die Wirkung der elektrischen Kräfte wissen will, ist das elektrische Feld ein gutes Modell. (Der Feldbegriff wurde von Michael Faraday eingeführt).

Jede Ladung umgibt sich mit einem elektrischen Feld. Wird eine weitere Ladung in dieses Feld gebracht, spürt diese eine Kraft. Jeder Raumpunkt enthält also Information über die Kraft auf geladene Körper.

F/q ist unabhängig von der Probeladung aber abhängig von der Stärke des Feldes.

Man kann also mittels einer Probeladung den ganzen Raum abtasten und feststellen, welche Kraft dort wirkt. An jedem Ort kann man dementsprechend einen Vektor E antragen.

 

Die elektrische Feldstärke im Punkt P ist ein Vektor
  • mit der Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung (qTest) im Punkt P 
  • und dem Betrag E = F/qTest
  • Die Einheit des elektrischen Feldes ist N/C (später auch: V/m).

Probeladung: Ladung, die in das elektrische Feld eingebracht wird, um die elektrische Feldstärke nach Betrag und Richtung zu bestimmen. Die Ladung soll so klein sein, dass sie das zu messende ursprüngliche Feld nur geringfügig stört. In der Theorie kann man die Probeladung beliebig klein werden lassen, auch wenn eine physikalische untere Grenze, die Elementarladung existiert.

 

In einem elektrischen Feld wirkt auf jede elektrische Ladung Q eine Kraft F = Q·E. Ist die zweite Ladung frei beweglich, wird sie durch die wirkende Kraft verschoben.

Darstellungsmöglichkeiten

Das elektrische Feld kann graphisch durch die Angabe von Vektorpfeilen an verschiedenen Punkten veranschaulicht werden

Vektorfeld: Kraftvektor auf kleine positive Probeladung 

In vielen Diagrammen wird die Stärke des Feldes nicht durch die Länge der Pfeile, sondern durch Farbe dargestellt.

Hier das Feld von zwei entgegengesetzten Punktladungen (Dipol).

Felder von verschiedenen Quellen addieren sich vektoriell!

 

Betrachtet man obiges Bild, so ist es sehr verlockend die Vektoren durch Linien zu verbinden. Dies führt zu einer anderen Darstellungsmöglichkeit, den sogenannten elektrischen Feldlinien. Sie werden so gezeichnet, dass die Feldstärkevektoren Tangenten an die Feldlinien sind

Elektrische Feldlinien einer Anordnung von zwei entgegengesetzten Punktladungen (Dipol).

Eigenschaften von Feldlinien:

Feldlinienbild einer positiven Punktladung


Feldlinienbild einer negativen Punktladung

Punktladung: Ladung, deren räumliche Ausdehnung infinitesimal klein ist

Beispiele:

Auf der Verbindungslinie zwischen zwei positiven Ladungen ist das elektrische Feld niemals Null. Wahr oder Falsch

Was sagt das  Feldlinienbild über die beiden Ladungen A und B aus?

Was ist ein elektrisches Feld, und wie wird es erzeugt?

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Elektrisches Feld von beliebig vielen Ladungen

Die Parallelen zwischen Gravitationsfeld und Coulombfeld
E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 06.08.2003