Zusammenfassung: Das elektrische Feld
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Inhaltsverzeichnis
[Verbergen]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=→FQ⇔→F=Q→E
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=φ′≈ΔφΔs=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 8,85⋅10−12C.
- ϵ0EA=Q⇔E=1ϵ0QAε0=8,854⋅10−12AsVm ist die elektrische Feldkonstante
Fußnoten
- Hochspringen ↑ Die potentielle Energie kürzt man normalerweise mit Epot ab, aber der Buchstabe E steht schon für die Feldstärke.