Den Raum um elektrisch geladene Körper, in dem die Feldkraft wirkt, nennen wir elektrisches Feld. Mithilfe von Feldlinienbildern kann das elektrische Feld anschaulich dargestellt werden. Nach der Festlegung gehen die Feldlinien von Plus nach Minus.
Erklärung
Beim Behandeln von elektrischen Ladungen wurde deutlich, dass Ladungen wechselseitig eine Kraft aufeinander ausüben, die wir auch als Coulombkraft kennengelernt haben. So ziehen sich zum Beispiel zwei unterschiedliche Ladungen an oder zwei gleichnamige Ladungen stoßen sich ab. Dabei müssen sich die Ladungsträger nicht berühren, sondern es reicht, dass sie sich näher kommen. Die Kraft muss daher in dem Raum um die Ladungen wirken. Diesen Raum nennen wir das elektrische Feld.
Erzeugt werden elektrische Felder von elektrischen Ladungen und von sich verändernden Magnetfeldern. Wegen dieses Zusammenhanges zwischen elektrischem und magnetischem Feld spricht man auch oft vom elektromagnetischen Feld, das die kombinierten Eigenschaften hat.
Eigenschaften
Feldstärke
Die Stärke und Richtung des elektrischen Felds wird mit der elektrischen Feldstärke beschrieben. Diese gibt an, welche Kraft auf eine Probeladung wirken würde, wenn man sie im elektrischen Feld platziert. Betrachtet man eine Ladung, so nimmt die Kraft, die von der Ladung erzeugt wird, mit dem Abstand ab.
Formeln
Um das elektrische Kraftfeld – also die Kraft auf eine Probeladung durch das Feld – unabhängig von der Ladung des Probeobjekts zu beschreiben, wird die elektrische Feldstärke eingeführt und als
definiert. Das bedeutet, wenn im Experiment die Kraft auf ein Testobjekt bekannter Ladung gemessen und so bestimmt werden kann, lässt sich durch Umstellen zu auch die Kraft auf jedes andere geladene Teilchen an diesem Ort im elektrischen Feld berechnen.
Eine punktförmige Ladung, z. B. ein Elektron oder Ion, mit Ladung erzeugt ein elektrisches Feld, das vom Abstand und der Ladung abhängt:
Die elektrische Feldkonstante ist eine wichtige Naturkonstante, hängt vom Material ab, in dem sich das elektrische Feld befindet – in manchen Materialien wird das Feld gedämpft, in anderen verstärkt. In Vakuum und näherungsweise auch in Luft ist .
Der zweite Bruch in der Formel für das E-Feld einer Punktladung sagt, dass die Feldstärke schnell abfällt, wenn man sich von der Ladung entfernt. Eine Ladung hat also nur Einfluss auf ihre direkte Umgebung.
Feldlinienbilder
Die Veranschaulichung des elektrischen Felds erfolgt mithilfe von Feldlinienbildern. Diese hängen unter anderem von der Geometrie und Anordnung der Ladungen ab. Für mehr Eigenschaften lies dir den Artikel über elektrische Feldlinien durch.
Abb.4 Feldlinien zwischen zwei entgegengesetzten gleich großen Ladungen
Abb.5 Feldlinien zwischen zwei Platten
Abb.6 Feldlinien zwischen zwei entgegengesetzten, unterschiedlich großen Ladungen
Elektrische Influenz
In einem Gegenstand, dessen Oberfläche leitend ist, werden die positiven und negativen Ladungen durch das elektrische Feld auf der Oberfläche verschoben.
Das Phänomen ist gut zu beobachten am Elektroskop, einem Gerät, das im 17. Jahrhundert entwickelt wurde und das dem Nachweis elektrischer Ladungen dient. In der Abbildung wird der hier positiv geladene Stab in die Nähe des Elektroskops gebracht, ohne dieses zu berühren. Die positive Ladung des Stabs verschiebt die positive Ladung innerhalb des Elektroskops nach unten, sodass die Folie positiv geladen wird. Dadurch stoßen sich die beiden Hälften der Folie nun ab und spreizen sich auseinander.
Quellen
- Abb. 1, 4, 5, 6: Aus Wikipedia Commons vom user Geek3
- Abb. 2: Aus flicker von_Fellpe Gabaldon
- Abb. 3: Unter Public Domain