Das elektrische Feld
Zwei geladene Körper üben Kräfte aufeinander aus, ohne sich zu berühren — beschrieben wird das durch das elektrische Feld.
- Elektrisches Feld
- Eine Ladung verändert den Raum um sich herum: In jedem Punkt dieses Raumes wirkt auf eine dorthin gebrachte Ladung eine elektrische Kraft. Diesen Zustand des Raumes nennt man das elektrische Feld der Ladung.
- Feldrichtung
- Die Feldrichtung in einem Punkt ist die Richtung der Kraft, die dort auf eine positive Probeladung wirkt. Auf eine negative Ladung zeigt die Kraft genau entgegengesetzt.
Probeladung: eine gedachte kleine Ladung, mit der man das Feld an einem Ort abtastet. Sie muss so klein sein, dass sie das zu messende Feld selbst kaum verändert. Für die Festlegung der Feldrichtung vereinbart man, eine positive Probeladung zu verwenden.
- Faradays Idee:Nicht die Ladungen wirken unmittelbar aufeinander: Jede Ladung reagiert nur auf das Feld an ihrem eigenen Ort.
- Immer vorhanden:Das Feld existiert auch dann, wenn gar keine zweite Ladung in der Nähe ist.
- Dreidimensional:Es erfüllt den gesamten Raum um die Ladung, nicht nur die Zeichenebene — jede Zeichnung ist nur ein Schnitt durch das Feld.
- Vektorgröße:Zu jedem Punkt des Raumes gehört genau eine Richtung und ein Betrag.
Elektrisches Feld: Eine Ladung verändert den Raum um sich: In jedem Punkt wirkt auf eine dorthin gebrachte Ladung eine elektrische Kraft.
Feldrichtung: Sie ist die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung; auf eine negative Ladung zeigt die Kraft entgegengesetzt.
Probeladung: Eine kleine Ladung zum Abtasten, die das Feld kaum verändern darf.
Eigenschaften: Das Feld füllt den ganzen Raum, existiert auch ohne zweite Ladung und ist eine Vektorgröße mit Richtung und Betrag.
Feldlinien
Ein Feld stellt man durch Feldlinien dar. Sie sind die Darstellungsform des elektrischen Feldes und folgen festen Regeln.
Feldlinien: Sie beginnen an positiven Ladungen und enden an negativen Ladungen oder im Unendlichen; der Pfeil zeigt die Kraftrichtung auf eine positive Probeladung.
Kein Schnitt: Feldlinien schneiden sich nie, denn an jedem Ort gibt es nur eine Feldrichtung.
Dichte: Dichte Linien bedeuten ein starkes Feld, auseinanderlaufende ein schwaches.
Leiter: Auf der Oberfläche eines Leiters stehen die Feldlinien senkrecht.
Typische Feldlinienbilder
Diese Feldlinienbilder solltest du sicher erkennen.
Alle fünf Feldbilder oben sind Spezialfälle eines Prinzips: Das Feldlinienbild ergibt sich automatisch aus einer beliebigen Anordnung von Ladungen.
Bis zu sechs positive und negative Ladungen erzeugen gemeinsam ein Feldlinienbild, das sich mit jeder Änderung sofort neu berechnet.
Modell: Gezeichnet ist ein ebener Schnitt durch das dreidimensionale Feld. An jeder Ladung setzen achtzehn Linien an — zwischen ihnen ist das Feld genauso vorhanden, die Auswahl ist willkürlich. An jeder negativen Ladung enden genauso viele Linien, wie an einer positiven starten.
Feldbilder: Punktladung: Linien zeigen nach außen (positiv) oder nach innen (negativ). Dipol: Linien von + nach −.
Gleichnamige Ladungen: Die Linien weichen aus, in der Mitte ist \(E=0\).
Plattenkondensator: Im Mittelbereich ist das Feld homogen (parallele, gleich dichte Linien), an den Rändern wölben sich die Linien nach außen.
Metallspitze: Dort liegen die Linien am dichtesten, das Feld ist am stärksten (Blitzableiter).
Allgemeine Hinweise
Feldpfeil meint die Probeladung
Die Feldrichtung ist immer die Kraftrichtung auf eine positive Probeladung. Auf ein Elektron zeigt die Kraft genau entgegengesetzt — der Feldpfeil dreht sich dabei nicht mit.
Feldlinien schneiden sich nie
An jedem Ort gibt es genau eine Feldrichtung. Bei zwei gleichnamigen Ladungen weichen die Linien deshalb aus; in der Mitte ist \(E=0\), dort beginnt keine Linie.
Dichte statt Anzahl lesen
Wie viele Linien du zeichnest, ist willkürlich — aussagekräftig ist nur, wie dicht sie liegen. Beim Plattenkondensator gilt homogen nur im Mittelbereich, am Rand wölben sie sich nach außen.