Zusammenfassung: Das elektrische Feld

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(Kursstufe > Das elektrische Feld)

Grundlagen

  • Das elektrische Feld vermittelt eine Wechselwirkung zwischen Gegenständen, die elektrische Ladung tragen.
Das elektrische Feld drückt alle Gegenstände mit gleichnamigen elektrischen Ladungen Q voneinander weg (+ + oder - -)
und zieht alle Gegenstände mit ungleichnamigen elektrischen Ladungen aufeinander zu (+ -).

Feldenergie

  • Trennt man Ladungen, so speichert das elektrische Feld Energie.

Graphische Darstellung

  • Die Feldlinien geben die Kraftrichtung auf einen positven Probekörper an.
  • Die Feldflächen stehen senkrecht auf den Linien.

Zug- und Druckspannungen

  • Das elektrische Feld steht parallel zu den Linien unter Zugspannung und parallel zu den Flächen unter Druckspannung.
"Feldlinien sind sich abstoßende Gummibänder"

Feldstärke

  • Die Feldstärke ist der Ortsfaktor des Feldes an einer Stelle und eine vektorielle Größe.
Sie gibt die auf eine Ladungseinheit normierte Kraftwirkung an:
E=FQF=QE

Potential

  • Bewegt man einen Probekörper in einem elektrischen Feld, so speichert das Feld die benötigte Energie oder gibt sie wieder ab.
Diese Energie heißt potentielle Energie.
  • Der Probekörper bewegt sich im Feld ähnlich wie eine rollende Kugel im Potentialgebirge.
Feldflächen sind Äquipotentialflächen und entsprechen den Höhenlinien im Potentialgebirge.
  • Das Potential eines Feldes gibt die auf eine Ladungseinheit normierte potentielle Energie in Bezug auf ein Nullniveau an.
Der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten heißt Spannung:
φ=WQ[1]  Δφ=U
Bewegt sich ein Probekörper mit der Ladung Q die Spannung U herauf (herab), so nimmt die Energie zu (ab) um:
W=QU
  • Die Feldstärke ist die räumliche Änderungsrate des Potentials. ("Steilheit des Potentialgebirges")
E=φΔφΔs=Ud

Ladung als Quellenstärke

  • Die Feldstärke kann man als "Feldliniendichte" interpretieren.
Die "Anzahl der Feldinien" durch eine Fläche als Feldfluss.
  • Der Feldfluss durch eine geschlossene Fläche ist gerade die enthaltene Ladung. Die Feldstärke ist proportional zur "Flächenladungsdichte".
Bei einer Feldstärke von 1 N/C und einer Oberfläche von 1m2 beträgt die von der Fläche umschloßene Ladung 8,851012C.
ϵ0EA=QE=1ϵ0QAε0=8,8541012AsVm ist die elektrische Feldkonstante


Fußnoten

  1. Hochspringen Die potentielle Energie kürzt man normalerweise mit Epot ab, aber der Buchstabe E steht schon für die Feldstärke.