Graphische Darstellung von Feldern
Inhaltsverzeichnis
Verschiedene Darstellungsmöglichkeiten
Untersucht man ein Feld mit einem Probekörper, so kann man an jeder Stelle die Stärke und Richtung der Kraft auf den Probekörper messen.
Dadurch kann man für jede Stelle des Feldes eine Stärke und eine Richtung angeben, welche die Dichte und Struktur des Feldes beschreibt.
Diese Eigenschaften kann man unterschiedlich darstellen. Das Feld selbst kann man nicht zeichnen, aber die Zeichnungen geben eine gewisse Vorstellung davon.
- Verschiedene Darstellungen eines Zentralfeldes um eine Kugel
Das Helligkeitsbild gibt die (Energie-)Dichte oder Stärke des Felds an.
Das Pfeilbild gibt Stärke und Struktur des Feldes an.
Das Linien-Flächen-Bild aus Feldlinien (rot) und dazu senkrechten Feldflächen (grün).
Man kann auch das Helligkeitsbild mit den Linien und Flächen kombinieren.
Oder das Pfeilbild mit den Linien und Flächen.
- Welche reale Situation wird durch die fünf Darstellungen beschrieben?
- Die Antwort liefert dieses Video - Aber erstmal nachdenken!
Weitere Beispiele
Um herauszufinden was die Bilder darstellen könnten, stellt man sich vor man würde mit einem Probekörper die verschiedenen Stellen des Feldes abtasten.
Bei diesen Darstellungen wurde die felderzeugende Eigenschaft durch eine rote oder blaue Farbe gekennzeichnet.
Das Feld um und zwischen zwei Gegenständen.
Diese beiden Gegenstände unterscheiden sich von den ersten beiden.
Die felderzeugenden Eigenschaften sind "eckiger".
Hier hat sich irgendetwas verschoben.
Quellen und Senken
Bei der Quelle eines Feldes beginnen Feldlinien bei einer Senke enden sie.
Elektrische und magnetische Felder haben Quellen und Senken.
Gravitationsfelder haben nur Senken.
Positive/Nordpol Ladungen sind die Quellen des elektrischen/magnetischen Feldes und negative/Südpol Ladungen die Senken. Schwere Massen sind die Senken des Schwerefeldes.
Druck- und Zugspannung
Das elektrische/magnetische Feld ist parallel zu den Feldlinien unter Zugspannung, senkrecht dazu unter Druckspannung. "Die Feldlinien sind sich gegenseitig abstoßende Gummibänder." Das Schwerefeld ist parallel zu den Feldflächen unter Zugspannung, senkrecht dazu unter Druckspannung. "Die Feldflächen sind sich gegenseitig abstoßende Gummifolien."
Wichtige Felder
Das Zentralfeld
- Feld eines kugelförmigen, im Extremfall punktförmigen Gegenstandes mit elektrischer Ladung oder Masse.
- Ein magnetisches Zentralfeld kann man näherungsweise durch einen sehr langen Stabmagneten realisieren. An beiden Polen ist dann ungefähr ein Zentralfeld.
Das Feld eines Dipols
Ein Dipol besteht aus zwei unterschiedlichen Ladungen.
- Zwei unterschiedlich elektrisch geladene Kugeln haben ein Dipolfeld.
- Ein Stabmagnet hat ein Dipolfeld.
- Es gibt keine gravitativen Dipolfelder, weil es keine negative schwere Ladung (Masse) gibt.
Das homogene Feld
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Ein homogenes Feld ist, wie der Name schon sagt, überall gleich. Das heisst seine Dichte/Stärke und seine Struktur (Richtungen) sind überall gleich.
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Aufgaben
- Zeichnen Sie das Feld folgender Situationen.
- Erklären Sie jeweils mit Hilfe von Druck und Zugspannungen, wie das Feld zieht und drückt.
- Ein langer Stabmagnet
- Ein Scheibenmagnet
- Eine "kleine" Ladung in einem homogenen Feld.
- drei Stabmagnete aneinandergereiht
- Erde und Mond
- Ein Dipol mit großem und mit kleinem Abstand.
- Ein Dipol mit ungleicher Ladungsverteilung. (Wie sieht der aus großer Entfernung aus?)
Links
- Das Zeichenprogramm "FieldLab", mit dem man viele verschiedene Darstellungen von Feldern erstellen kann.
