Elektrisches Feld

Ein elektrisch geladener Körper bewirkt ein elektrisches Feld welches ihn räumlich umgibt. Platziert man einen weiteren geladenen Körper innerhalb des elektrischen Feldes, so wirkt eine Kraft zwischen den beiden geladenen Körpern (Coulombsches Gesetz).
Wer kennt folgendes nicht? Reibt man vorsichtig mit einem Luftballon an den Haaren auf einem Kopf, so werden danach die Haare von einer scheinbar unsichtbaren Kraft Richtung Ballon angezogen. Was geht da vor?

Durch das Reiben erzeugt man einen elektrisch geladenen Körper, den Ballon, und einen weiteren gegenteilig geladenen Körper, die Haare. Da der Ballon geladen ist, umgibt ihn ein elektrisches Feld. Die Haare sind ebenfalls geladen. Innerhalb des elektrischen Feldes um den Ballon herum wirkt zwischen den geladenen Körpern eine elektrische Kraft. Übrigens könnte man auch sagen, dass um die Haare ein elektrisches Feld aufgebaut ist.
Bringt man eine elektrische Ladung in ein elektrisches Feld, so wirkt dann eine Kraft (Coulomb-Kraft).

Erklärung des elektrischen Feldes anhand zweier Punktladungen

Betrachten wir ein elektrisch geladenes Teilchen bzw. eine Punktladung.
ein Teilchen
Fügt man ein weiteres elektrisch geladenes Teilchen hinzu,
zwei Teilchen
so wirken auf beide Teilchen Kräfte, welche durch das Coulombsche Gesetz beschrieben werden.
zwei sich abstoßende Teilchen
Haben beide Teilchen eine positive Ladung, so stoßen sie sich voneinander ab. Wie stark die Abstoßung ist, hängt von der Entfernung also der Position der Teilchen ab. Um das Teilchen herum wirken Kräfte, die durch die Ladung verursacht werden. Abhängig von der Position sind diese elektrischen Kräfte unterschiedlich groß und zeigen in unterschiedliche Richtungen. Wir veranschaulichen dies weiter unten durch eine Grafik.

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 einfach mal '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 (diese Kraft kann anziehend bzw. abstoßend sein - je nach Kombination der Ladungen).
Wie sieht ein elektrisches Feld aus? - Ein elektrisches Feld kann man nicht direkt sehen. Es gibt jedoch unterschiedliche Arten es zu visualisieren. 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 wird ein elektrisches Feld einer negativen Ladung dargestellt? - 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 wird ein elektrisches Feld zweier geladener Teilchen dargestellt? - In der nächsten Grafik ist das elektrische Feld, das durch ein negativ geladenes Teilchen und ein positiv geladenes Teilchen verursacht wird, dargestellt. Wie man erkennen kann, zeigt das elektrische Feld zu einer negativen Ladung hin und von einer positiven Ladung weg.
elektrisches Feld zweier geladener Teilchen

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.
Zu den interaktiven Aufgaben → Elektrisches Feld - Übungsaufgaben

Weiterführende Artikel:
Hat alles, was man braucht: Taschenrechner CASIO FX-991DE X *
Die mit Sternchen (*) gekennzeichneten Verweise sind sogenannte Provisions-Links. Für dich entstehen dabei keine Nachteile!