Das elektrische Feld ist ein Raum, in dem elektrische Kräfte auftreten. Man nutzt es, um die auf einen geladenen Körper wirkenden Kräfte in diesem Raum, also im E-Feld, besser beschreiben zu können. Die Struktur des elektrischen Feldes hängt dabei stark von der Anordnung der geladenen Körper ab, die das Feld erzeugen. Diese Struktur veranschaulichen wir modellhaft mithilfe von sogenannten Feldlinien. Eine Feldlinie visualisiert dabei für jeden Punkt in ihrem Verlauf die Richtung der Kraft, die auf eine positive Probeladung im Feld wirkt. Eine Probeladung ist dabei modellhaft eine punktförmige Ladung, die das zu untersuchende Feld nicht beeinflusst.
Nachweis durch die Influenz und Ausrichtung gut polarisierbarer Nichtleiter (z.B. Grieskörner)
Den Verlauf der Feldlinien kann man gut mithilfe von Nichtleitern wie Grieskörnern oder Kunststofffasern ermittelt bzw. veranschaulicht werden (vgl. Abb. 1).
Bringt man Kunststofffasern oder sich in Rizinusöl befindliche Grießkörner in ein starkes elektrisches Feld, so verschieben sich die negativen Ladungen der einzelnen Teilchen minimal. Dadurch werden die Teilchen polarisiert und richten sich dann (wenn die Reibung gering genug ist) aufgrund der wirkenden Kräfte im Feld aus. Durch die entsprechende Ausrichtung der Teilchen entstehen "Linien". Diese verlaufen gerade längs der elektrischen Feldlinien. Auf diese Weise gelangt man auf sehr einfache und schnelle Art zu den Feldlinienbildern.
Eigenschaften von Feldliniendarstellungen
- Eine Feldlinien zeigt an einem Ort immer in die Richtung, in die die Kraft auf einen positiv geladenen Probekörper an dieser Stelle wirkt.
- Beim statischen elektrischen Feld beginnen die Feldlinien bei der positiven felderzeugenden Ladung und enden bei der negativen Ladung.
- In der Elektrostatik treten die Feldlinien aus metallischen Leitern senkrecht aus bzw. ein.
- Feldlinien schneiden sich nicht.
- Mit einer höheren Feldliniendichte symbolisierst du ein stärkeres elektrisches Feld.
Wichtige Feldformen
| homogenes Feld | radialsymmetrisches Feld | Feld zweier entgegengesetzt geladener Punktladungen | Abschirmung eines elektrischen Feldes |
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Spitzeneffekt
Ist ein metallischer Körper mit einer bestimmten Ladung aufgeladen, so ist das elektrische Feld in seiner Umgebung dort am stärksten, wo der Körper kleine Krümmungsradien aufweist. Dies ist z.B. an Spitzen der Fall (vgl. Abb. 3).
An solchen Spitzen oder Kanten von elektrischen Leitern kann das elektrische Feld so stark werden, dass bei negativer Ladung des Körpers Elektronen aus dem Körper austreten können oder bei positiver Ladung Elektronen aus der Umgebung in den Körper übergehen. Es kommt zu einer sog. Spitzenentladung.
Näherung der Feldlinien durch die Bewegung einer Probeladung (z.B. Wattebausch)
Gelegentlich versucht man auch die Struktur des Feldes durch die Bewegung einer Probeladung im E-Feld zu veranschaulichen.
Dazu bringt man z.B. einen Wattebausch als Modell für eine positive Probeladung in ein starkes elektrisches Feld. Es zeigt sich, dass sich der Wattebausch im elektrischen Feld längs bestimmter Linien bewegen.
Aber Achtung: Die Feldlinien zeigen an jedem Punkt im E-Feld in die Richtung der dortigen Kraftwirkung. Die Kraftrichtung stimmt aber selbst bei langsamer Bewegung nicht exakt mit der sich ergebenden Bewegungsrichtung der Probeladung überein. Bei der schnellen Bewegung des Wattebausches stimmen Kraft- und Bewegungsrichtung noch weniger überein. Der Versuch zeigt also nicht die elektrischen Feldlinien, sondern nur sehr grob die Struktur des Feldes.