Elektrisches Feld
Kennzeichnung elektrischer Felder
Bringt man in die Nähe eines geladenen Körpers andere geladene Körper, dann kann man feststellen: Im Raum um einen elektrisch geladenen Körper werden auf andere elektrisch geladene Körper Kräfte ausgeübt. Der Raum befindet sich in einem besonderen Zustand. Er verfügt selbst über physikalische Eigenschaften.
Der Raum um einen elektrisch geladenen Körper wird als elektrisches Feld bezeichnet.
Diese Bezeichnung geht auf MICHAEL FARADAY (1791-1867) zurück, der den Feldbegriff in die Physik eingeführt hat und der damit zugleich eine Vorstellung entwickelte, wie Kräfte zwischen geladenen Körpern wirken (Feldtheorie oder Nahwirkungstheorie). Das stand im Gegensatz zur bis dahin dominierenden Fernwirkungstheorie. Genauere Informationen dazu sind unter den betreffenden Stichwörtern zu finden.
Elektrische Felder sind nur an ihren Wirkungen erkennbar. Diese können je nach den gegebenen Bedingungen sehr unterschiedlich sein:
- Auf einen geladenen Körper wird im elektrischen Feld eine Kraft ausgeübt.
- Befinden sich Stoffe im elektrischen Feld, so tritt bei Leitern Influenz (Ladungstrennung) und bei Isolatoren dielektrische Polarisation (Ladungsverschiebung) auf.
- In geschlossenen Stromkreisen bewirkt ein elektrisches Feld die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern (Stromfluss).
Darstellung elektrischer Felder
Ein elektrisches Feld ist mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmbar. Es ist aber an seinen Wirkungen erkennbar. Bringt man z.B. in den Raum zwischen zwei geladenen Körpern Öl mit Grieskörnchen, dann richten sich diese Grieskörnchen im elektrischen Feld in bestimmter Weise aus (Bild 2). Verbindet man die verschiedenen Punkte miteinander, so kommt man zu einem Feldlinienbild. FARADAY selbst, auf den auch diese Vorstellung zurückgeht, stellte sich die Feldlinien als eine Art Gummibänder vor.
Ausrichtung von Grieskörnchen zwischen zwei elektrisch unterschiedlich geladenen Körpern.
Elektrisches Feld - Elektrisch unterschiedlich geladenen Körper
Jens Prockat, Berlin
Einige Eigenchaften des elektrischen Feldes können im Sinne eines Modells mit dem Feldlinienbild veranschaulicht werden. Das Feldlinienbild macht Aussagen über die Beträge und die Richtungen der Kräfte auf einen Probekörper im elektrischen Feld. Wie jedes Modell ist auch das Feldlinienbild eine Vereinfachung der Wirklichkeit. Bei der Nutzung dieses Modells gilt:
- Die Feldlinien eines elektrischen Feldes schneiden sich nicht.
- Die Feldlinien eines elektrostatischen Feldes, d.h. eines zeitlich konstanten Feldes, stehen immer senkrecht auf der Oberfläche der im Feld befindlichen Körper. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Feld von ihnen ausgeht oder auf sie einwirkt.
- Je dichter die Feldlinien beieinanderliegen, desto stärker ist dort das elektrische Feld. Die Dichte der Feldlinien ist somit ein Maß für die (relative) Stärke des Feldes.
- Um den Feldlinien eine eindeutige Richtung zu verleihen, hat man definiert: Die Feldlinien zeigen von der positiven zur negativen Ladung. Das ist zugleich die Richtung der Kraft, die auf einen positiv geladenen Probekörper wirkt.
- Die Feldlinien verlaufen zwischen den Ladungen. Es sind keine geschlossenen Linien. Man bezeichnet deshalb ein elektrisches Feld auch als wirbelfreies Quellenfeld. Wirbelfrei bedeutet: Die Feldlinien sind keine geschlossenen Linien. Quellenfeld bedeutet: Die Feldlinien haben einen Anfang (positive Ladung) und ein Ende (negative Ladung).
- Das Feld existiert auch in den Bereichen zwischen den Feldlinien.
Elektrische Felder kann man auch mithilfe der Feldgrößen elektrische Feldstärke und dielektrische Verschiebung beschreiben. Ausführliche Informationen dazu sind in einem gesonderten Beitrag zu finden.
Arten elektrischer Felder
Man unterscheidet grundsätzlich zwischen homogenen und inhomogenen elektrischen Feldern. Ein homogenes elektrisches Feld ist dadurch gekennzeichnet, dass es in allen Stellen gleich stark ist, also die Kraft auf einen Probekörper überall gleich groß ist. Im Modell Feldlinienbild verlaufen die Feldlinien bei einem homogenen Feld parallel zueinander (Bild 4). Ein solches homogenes Feld findet man z.B. zwischen den Platten eines Plattenkondensators. Ein inhomogenes elektrisches Feld liegt vor, wenn das Feld von Ort zu Ort unterschiedlich stark ist, die Kraft auf einen Probekörper an verschiedenen Stellen also unterschiedlich groß ist. Im Modell Feldlinienbild verlaufen die Feldlinien nicht parallel zueinander. Das ist z.B. beim Feld zwischen zwei unterschiedlich geladenen Kugeln oder beim Radialfeld (radiales Feld, radialsymmetrisches Feld) um eine geladene Kugel der Fall (Bild 4) der Fall.
Homogene und inhomogene elektrische Felder
Radialfeld inhomogenes Feld Feldtheorie wirbelfreies Quellenfeld homogene elektrische Felder dielektrische Polarisation Influenz Michael Faraday homogenes Feld gerichtete Bewegung von Ladungsträgern Fernwirkungstheorie Stromfluss elektrisches Feld radialsymmetrisches Feld radiales Feld dielektrische Verschiebung inhomogene elektrische Felder elektrischer Felder elektrische Feldstärke Nahwirkungstheorie Modell Feldlinienbild
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