Elektrizitätslehre

Ladungen & Felder - Mittelstufe

Elektrisches Feld

  • Was sind elektrische Ladungen?
  • Welche besonderen Eigenschaften hat Bernstein?
  • Woher kommt der Name „Elektron“?
  • Gibt es eine kleinste Ladung?

Elektrisches Feld

Bandgenerator

1 Funktionsweise eines Bandgenerators

Für die folgenden Experimente benutzen wir einen Bandgenerator, dessen Funktionsweise bereits früher angesprochen wurde. Die nebenstehende Animation zeigt noch einmal (stark vergröbert) die Funktionsweise dieses interessanten Gerätes.

Durch Reibung mit einer Kunststoffwalze gelangt Ladung auf das Kunststoffband. Dieses Band, welches durch eine Kurbel bzw. einen Motor angetrieben wird, transportiert die Ladung auf die Innenseite eines metallischen Hohlkörpers (Haube). Dreht man das Band genügend lang, so erhält man auf der Haube eine starke Konzentration von Ladungen, im Beispiel positive Ladungen.

Deutung der Kugelauslenkung mit der Fernwirkungstheorie

2 Deutung der Kugelauslenkung durch die Fernwirkungstheorie

Eine positiv aufgeladene Kugel hängt an einem Isolierfaden.

Bringt man in ihre Nähe die ungeladene Haube des Bandgenerators, so wird die Kugel zunächst geringfügig von der neutralen Haube angezogen. Die Anziehung ist durch einen Influenzeffekt zu erklären, auf den hier nicht näher eingegangen werden soll.

Lädt man nun die Haube des Bandgenerators positiv auf, so wird die Kugel nach rechts bewegt, da sich gleichnamig geladene Körper abstoßen.

Als Ursache für die Auslenkung der Kugel wird die in einer gewissen Entfernung angeordnete positiv geladene Haube des Bandgenerators angesehen. Diese Art der Deutung des Versuchs bezeichnet man in der Physik als Fernwirkungstheorie.

Deutung der Kugelauslenkung mit der Nahwirkungstheorie

3 Deutung der Kugelauslenkung durch die Nahwirkungstheorie

Im 19. Jahrhundert führten die Physiker (insbesondere Michael FARADAY) eine weitere Deutungsmöglichkeit für die Auslenkung der geladenen Kugel ein:

Die Ursache für die Auslenkung der Kugel ist ein elektrisches Feld, das am Ort der Kugel herrscht (Nahwirkungstheorie).

Das elektrische Feld wird bei unserem Experiment durch die geladene Haube des Bandgenerators erzeugt.

In der Oberstufe wird sich zeigen, dass die Deutung der Kraftwirkung auf einen geladenen Körper durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes am Ort des Körpers, leistungsfähiger ist als die Fernwirkungstheorie.

Im Weiteren geht es darum, dass du dich an den nicht sehr leichten Feldbegriff allmählich gewöhnst.

Wenn in einem Raum elektrische Kraftwirkungen auftreten, so herrscht in diesem Raum ein elektrisches Feld.

Ein elektrisches Feld wird durch elektrische Ladungen erzeugt. Es ist Mittler für elektrische Kräfte.

Geeignete Experimente zeigen, dass das elektrische Feld eine Struktur aufweist, die durch Feldlinien veranschaulicht werden kann.

Vorsicht!

Nicht selten werfen Schüler die Begriffe Nord- und Südpol (Magnetfeld) bzw. Plus- und Minuspol (elektrisches Feld) kunterbunt durcheinander. Vielleicht rührt dies daher, dass sich gewisse Feldlinienbilder beim Magnetismus und in der Elektrostatik sehr ähnlich sind (z.B. das Feldlinienbild eines Stabmagneten und das Feldlinienbild zweier elektrisch entgegengesetz geladener Kugeln).

Bei Kraftwirkungen im elektrischen bzw. magnetischen Feld handelt es sich jedoch um grundsätzlich verschiedene Phänomene, die begrifflich auch bei der Bezeichnung der Pole nicht verwechselt werden dürfen.

Druckversion