Elektrisches Feld

In diesem Artikel wird das 'Elektrische Feld' beschrieben und erklärt.

Betrachten wir ein elektrisch geladenes Teilchen.

Fügt man ein weiteres elektrisch geladenes Teilchen hinzu,

so wirken auf beide Teilchen Kräfte, welche durch das Coulombsche Gesetz beschrieben werden.

Haben beide Teilchen eine positive Ladung, so stoßen sie sich voneinander ab. Da sich die Teilchen nie berührt haben spricht man von Fernwirkung, einer Wirkung über eine Distanz. Um die Fernwirkung zu umgehen verwenden wir das elektrische Feld.

Zunächst ein Beispiel wie man sich ein elektrisches Feld vorstellen kann.

Auf einem Tisch liegt ein Stück Stinkkäse. Nähert man sich dem Stück so nimmt der Gestank zu. Es stinkt also nicht nur direkt beim Käse, sondern auch den Bereich rundherum. Wir benennen den Raum bzw. Bereich um den Käse Stink-Feld.

Was hat das nun mit einem elektrischen Feld zu tun? - Ähnlich bewirkt eine elektrische Ladung um sich herum ein elektrisches Feld, dass auf eine weitere elektrische Ladung eine Kraft ausübt (anziehend bzw. abstoßend).

Wie sieht ein elektrisches Feld aus? - In der nächsten Grafik ist das elektrische Feld, das durch ein positiv geladenes Teilchen verursacht wird, dargestellt. An vielen Positionen um das Teilchen herum sind Pfeile eingezeichnet. Die Pfeile zeigen in die Richtung, in die das elektrische Feld dort zeigt. Je heller ein Pfeil eingezeichnet ist desto schwächer ist das elektrische Feld dort.
Wie man sieht, zeigt das elektrische Feld von einer positiven Ladung weg und seine Stärke nimmt mit dem Abstand ab.

elektrisches Feld einer positiven Punktladung

Wie sieht ein elektrisches Feld einer negativen Ladung aus? - In der nächsten Grafik ist das elektrische Feld, das durch ein negativ geladenes Teilchen verursacht wird, dargestellt. Wie man sieht, zeigt das elektrische Feld zu einer negativen Ladung hin.

elektrisches Feld einer negativen Punktladung

Wie sieht ein elektrisches Feld zweier geladener Teilchen aus? - In der nächsten Grafik ist das elektrische Feld, das durch ein negativ geladenes Teilchen und ein positiv geladenes Teilchen verursacht wird, dargestellt. Wie man sieht, zeigt das elektrische Feld zu einer negativen Ladung hin und von einer positiven Ladung weg.

Definition vom elektrischen Feld

Betrachten wir wieder zwei elektrisch geladene Teilchen. Die beiden Teilchen üben aufgrund ihrer Ladungen eine Kraft aufeinander aus, dessen Stärke durch \[F=\frac{1}{4\pi\epsilon _0}\frac{Q\cdot q}{d^2}\] beschrieben wird. Dabei sind \(Q\) und \(q\) die Ladungen, \(d\) ist der Abstand zwischen den beiden Teilchen und \(\epsilon _0\) ist die elektrische Feldkonstante.

Wir führen nun eine neue Größe \(E\) ein: \[\require{cancel} E=\frac{F}{q}=\frac{1}{4\pi\epsilon _0}\frac{Q\cdot \cancel{q}}{d^2\cdot \cancel{q}}=\frac{1}{4\pi\epsilon _0}\frac{Q}{d^2}\] Warum haben wir das gemacht? - Tauscht man nun das zweite Teilchen an derselben Position durch ein anderes Teilchen aus, welches eine andere Ladung besitzt, so kann man die Kraft durch Ändern des Wertes \(q\) berechnen. \[F=E\cdot q\] Bemerkung: Eigentlich ist das elektrische Feld ein Vektor, so wie auch die Coulomb-Kraft. Zum einfacheren Verständnis und weil es bis jetzt nicht wichtig war haben wir dies vernachlässigt.

Das elektrische Feld an einer bestimmten Position im Raum beschreibt die Kraft pro Ladung und lautet \(\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}\) wobei \(\vec{F}\) die (elektrische) Kraft auf die Ladung \(q\) ist, welche sich an der bestimmten Position befindet.

Die Ladung \(q\) wird meist als Probeladung bezeichnet.