Physik Oberstufe im Rudolf-Web.de: E-Feld

E-Feld - Definition von E

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Experiment 1: Ein Bandgenerator lässt Wattekugeln auf bestimmten Bahnen fliegen.

Erklärung: Der geladene Bandgenerator influenziert in den Wattekugeln Ladungstrennung (indem die entgegengesetzt geladenen Ladungen angezogen werden), so dass die Wattekugeln angezogen werden. Berührt die Wattekugel den Bandgenerator, wird sie gleichnamig aufgeladen und deshalb abgestoßen. Diese Bewegungen erfolgen aufgrund elektrischer Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte.

Experiment 2: Mithilfe eines Bandgenerators werden Elektroden gleichnamig oder entgegengesetzt aufgeladen. In einer dünnen Schicht Rhizinusöl schwimmen Grieskörner, die sich aufgrund der Influenz kettenförmig aneinander reihen.

Seit Michael Faraday werden diese Erscheinungen mithilfe des "Elektrischen Feldes" erklärt.

	Jede Ladung ist von einem elektrischen Feld umgeben.
	Dieses elektrische Feld ist nicht an Materie gebunden, es existiert auch im Vakuum.
	Das elektrische Feld wird durch Feldlinien beschrieben,
	deren Richtung die Richtung der elektrischen Kraft angibt und
	deren Feldliniendichte die Stärke der elektrischen Kraft angibt.
	Feldlinien beginnen bei der positiven Ladung und enden bei einer negativen Ladung.

Bem.: Damit wird eine positive Probeladung in Richtung der Feldlinien beschleunigt, eine negative entgegen den Feldlinien.

Beobachtung / Beschreibung mit Feldlinien: (zeichne die Feldlinien ein)

Bem.: In der Elektrostatik (bei ruhenden Ladungen) enden / beginnen Feldlinien auf elektrischen Leitern (z. B. Metalle) stets senkrecht.

Erklärung: Wirkt die Kraft nicht senkrecht, so werden die Ladungen im Leiter, die dort beweglich sind, entlang der Leiteroberfläche verschoben, bis die Feldlinien senkrecht auf der Leiteroberfläche stehen (also keine Kraft mehr entlang der Oberfläche wirkt).

Die elektrische Feldstärke

Um Stärke und Richtung des elektrischen Feldes zu beschreiben, führen wir den Vektor elektrische Feldstärke ein.
Er ist durch folgende Gleichung definiert: , wenn eine Probeladung q die elektrische Kraft F erfährt.

Vergleich: Bei der Gravitation gibt der Ortsfaktor g die Stärke des Gravitationsfeldes an: g = F/m
Dort hängt g nicht von der Masse aber sehr wohl vom Ort ab, z. B. ist g auf einem Berg geringer.

Im homogenen Feld eines Plattenkondensators können wir nachweisen:

	Die elektrische Kraft ist proportional zur Ladung der Probeladung.
	Die elektrische Feldstärke E ist also unabhängig von der Probeladung.
	Im gesamten Plattenkondensator ist E in Betrag und Richtung konstant (homogen).
	Am Rand sinkt die Feldstärke.

Wenn wir also einmal die elektrische Feldstärke im Innern des Plattenkondensators gemessen haben, so können wir über F = q E die Kraft auf eine Probeladung q errechnen.

Bem.: Die Aussage "F ist proportional zu q" bzw. "E ist unabhängig von q" gilt auch in anderen Feldformen und rechtfertigt somit die Definitionsgleichung von E.