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Elektrisches Feld 06:59 min

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Transkript Elektrisches Feld

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Heute haben wir das erste Video zum Thema Elektrizität und Magnetismus, in dem wir uns das elektrische Feld genauer ansehen wollen. Wir lernen heute: Was ein elektrisches Feld ist, wie man es darstellen kann und wie z. B. die elektrischen Felder zwischen Punktladungen oder geladenen Ebenen aussehen. So, dann mal ab zu Frage 1. Was ist denn ein elektrisches Feld? So kurz wie möglich erklärt: Ein elektrisches Feld ist ein Feld, das durch die Coulombkraft auf geladene Körper wirkt. Das heißt, wenn ich einen geladenen Körper nehme, z. B. ein Elektron, und ihn in ein elektrisches Feld stelle, dann wird dort eine Kraft wirken, die mein Elektron beschleunigt. Elektrische Felder werden entweder durch Ladungen erzeugt oder durch sich verändernde Magnetfelder. Weiteres aber wird erst später erklärt, wir wollen uns heute mal nur auf die Ladungen konzentrieren. Es muss außerdem noch angemerkt werden, das ein elektrisches Feld durch zwei verschiedene Vektorfelder beschrieben wird: Die elektrische Feldstärke E und die elektrische Flussdichte D. In den meisten Fällen ist das aber gar nicht so verwirrend, wie es klingt, denn wenn man sich nämlich in gleichbleibendem Material, also Vakuum, Wasser oder Luft, befindet, dann zeigt die Feldstärke immer in genau die gleiche Richtung wie die Flussdichte. So, aber wie sieht denn nun so ein Feld aus? Vektorfeld bedeutet ja, dass ich für jeden Punkt im Raum einen Vektor erhalte, das heißt, eine Richtung und eine Länge. Für die Feldstärke bedeutet das z. B. die Kraft, die an diesem Punkt im Raum auf eine Ladung wirkt. Wie kann ich das anschaulich darstellen? Eine Möglichkeit ist natürlich einfach an jedem Punkt im Raum einen Pfeil zu zeichnen. Dann würde ich zum Beispiel ungefähr so etwas erhalten. Nicht sehr übersichtlich, ich weiß. Deshalb kam Michael Farraday auf Idee, statt dessen Feldlinien zu verwenden. Das heißt, die Bahnen, auf denen sich in diesem Fall eine Ladung bewegen würde, wenn keine einzige andere Kraft wirkt, also auch nicht die Schwerkraft zum Beispiel. Wollen wir uns das Ganze doch mal an einem einfachen Beispiel ansehen, nämlich an einem Proton, ein kleiner, positiv geladener Punkt. Egal ob sie links oder rechts vom Proton sitzt oder oben oder unten, eine andere positive Ladung würde einfach geradlinig vom Proton wegbeschleunigt werden. Das heißt, meine Feldlinien führen einfach strahlenförmig vom Proton weg, das sieht ungefähr so aus. Feldlinien veranschaulichen also die auf eine Probeladung ausgeübte Kraft. In welche Richtung die kleinen Pfeile an den Linien zeigen, darf man sich übrigens nicht aussuchen. Es ist festgelegt, dass Feldlinien von + nach - laufen, bzw., wenn es nur eins von beidem gibt, von + weg oder zu - hin. Eine weitere Eigenschaft ist, dass die Feldliniendichte proportional zur elektrischen Feldstärke ist. Das ist eigentlich ja auch ganz logisch. Wie ihr seht, ist direkt am Proton deutlich mehr an Feldlinien pro Fläche als weit weg davon. Dort ist das Feld ja auch stärker, es nimmt mit der Entfernung nämlich immer mehr ab. Was auch sehr wichtig ist, und oft nicht gleich verstanden wird: Feldlinien schneiden sich nicht. Warum sie das nicht tun, ist eigentlich ganz einfach. Feldlinien symbolisieren ja nur die Richtung der Kraft, die im Feld wirkt. Das heißt, wenn ich einen Schnittpunkt hätte, würden an dieser Stelle ja zwei verschiedene Kräfte wirken. Da ich meine Feldlinien aber erst zeichnen darf, wenn ich an jeder Stelle die resultierende Kraft, also die Summe aller wirkenden Kräfte, ausgerechnet habe, muss ich also etwas fundamental falsch gemacht haben, wenn sich zwei Feldlinien schneiden. Außerdem würde das z. B. bedeuten, dass eine Ladung, die an den Schnittpunkt kommt, sich entscheiden kann, ob sie nach links oder rechts laufen will, was ja auch gar keinen Sinn macht. So, als Letztes sei noch angemerkt, um Verwechslungen auszuschließen, die Feldlinien stehen immer senkrecht auf den Äquipotenzialflächen - oder Äquipotenziallinien, je nachdem. Das sind die Flächen - oder Linien - auf denen die potenzielle Energie gleich hoch ist. Damit ihr wisst, was ich meine, hab ich sie in unser Beispiel von vorhin mal eingezeichnet. Hier ist ein kleines Beispiel für den Unterschied zwischen den beiden. Stellt euch vor, ihr habt einen Berg und lasst auf allen verschiedenen Seiten Murmeln herunterrollen. Den Pfad, den die Murmel nimmt, zeichnet ihr in einer Landkarte ein. Das sind die Feldlinien. Andererseits könnt ihr aber auch die Linien, an denen der Berg genau 100m, 200m, 300m, 400m hoch ist, einzeichnen. Das sind die Äquipotenziallinien. So. Zum Schluss wollen wir uns jetzt noch ein paar Beispiele für elektrische Felder ansehen. Gerade haben wir uns die Feldlinien einer einzigen positiven Ladung angesehen. Wie verändert sich nun das Ganze, wenn ich stattdessen eine positive und eine negative Ladung nehmen? Die Feldlinienverteilung sieht in diesem Fall ungefähr so aus: Als Nächstes hab ich auf der linken Seite zwei positive nebeneinander und auf der rechten Seite zwei negative nebeneinander hingestellt. Beim genaueren Betrachten der Feldlinienverteilung für diese Anordnung bemerkt ihr vielleicht, in der Mitte des Bildes, zwischen den beiden positiven und den beiden negativen, sind die Feldlinien fast parallel. Das heißt, ich habe ein relativ gleichbleibendes Feld. So ein gleichbleibendes - man sagt auch homogenes - Feld, ist natürlich toll, weil man relativ leicht berechnen kann, was darin passiert. Deshalb möchte ich euch als letztes Beispiel zeigen, was bei dieser Anordnung hier passiert. Ich habe einfach zwei Ketten aus 36 gleich starken Ladungen, oben positiv und unten negativ, übereinander postiert. Die Feldlinien sehen für diese Anordnung so aus. Das heißt also, wenn ich 2 parallele, entgegengesetzt geladene Flächen habe, dann entsteht dazwischen ein homogenes elektrisches Feld. Man nennt diese Anordnung auch einen Plattenkondensator. Und aus diesem Grund ist er so beliebt. Mehr dazu erfahrt ihr im Film über den Plattenkondensator, für heute reicht es erst mal. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben: Das elektrische Feld wirkt durch die Coulombkraft auf in ihr befindliche Ladungen. Es lässt sich gut mithilfe von Feldlinien darstellen, die die Richtung der Kraft auf eine Ladung im Feld veranschaulichen. Zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Platten - also z. B. in einem Plattenkondensator - entsteht ein gleichmäßiges - man sagt auch homogenes - elektrisches Feld. So, das war es schon wieder für heute. Ich hoffe ich konnte euch helfen. Vielen Dank fürs Zuschauen, vielleicht bis zum nächsten Mal, euer Kalle.

Informationen zum Video
10 Kommentare
  1. Default

    Und was passiert wenn es zwei gleich geladene Teilchen gibt, also zwei Minusteilchen wie sehen dann die Feldlinien aus?

    Von Catrin Eitle, vor 11 Monaten
  2. Default

    Super Video !
    Nur eine Frage: kann man eigentlich im elektrischen Feld auch die rechte Hand Regel anwenden (UVW-Regel )?

    Von Melanie Reitberger, vor 12 Monaten
  3. Default

    Top. :)

    Von Tina#10, vor mehr als einem Jahr
  4. Default

    Weiß jemand was mit den "Grundbegriffen des elektrischen Feldes" gemeint ist? Weil ich weiß nicht was genau damit gemeint ist...

    Von Saramaggi, vor fast 2 Jahren
  5. Nikolai

    @Petra: Äquipotentialflächen (Linien wären es nur in zwei Dimensionen, der Raum ist jedoch dreidimensional) sind per Definition Flächen (Linien) gleichen Potentials, d.h. man kann eine Probeladung auf ihnen verschieben ohne das elektrische Arbeit verrichtet wird. Arbeit wird erst verrichtet wenn sich das Potential ändert. Eine Verschiebung ohne Arbeit zu verrichten bedeutet das keine Kräfte in dieser Ebene wirken können, denn Arbeit ist ja Kraft mal Weg. Senkrechte Kräfte können jedoch wirken denn wirkt eine Kraft senkrecht zur Bewegung wird keine Arbeit verrichtet!
    Die Feldlinien geben die Richtung der Kraft an und müssen somit senkrecht auf den Äqupotentialflächen stehen, sonst wären es keine Äquipotentialflächen.
    Dies gilt immer und für alle Felder (im Falle des Gravitationsfelds würde sich eine Testmasse auf den Äquipotentialflächen verschieben lassen ohne das Arbeit verrichtet wird).
    Influenz findet in Leitern statt, d.h. in Stoffen in den es frei bewegliche Ladungsträger gibt. Äqupotentialflächen gibt es jedoch immer wenn ein Feld anliegt, auch im Vakuum.
    Influenz bezeichnet die räumliche Verschiebung elektrischer Ladungen durch die Einwirkung eines elektrischen Feldes. Das heißt legen wir ein äußeres elektrisches Feld an einen metallischen Leiter an, bewegen sich die Ladungen an dessen Oberfläche so lange bis keine Tangentialkräfte mehr auf sie Wirken. Denn würden noch tangentiale Kräfte auf sie wirken würden sie sich ja weiter auf der Oberfläche bewegen. Somit wird die Oberfläche zur Äquipotentialfläche, denn wie gesagt keine tangentialen Kräfte bedeutet Verschiebung ohne Arbeit, bedeutet gleiches Potential. Übrigens verschieben sich die Ladungen an der Oberfläche eines Leiters immer so, dass das innere Feldfrei bleibt, das nennt man Faradayscher Käfig.
    Lg

    Von Nikolai P., vor etwa 3 Jahren
  1. Default

    Tolles Video, keine Frage!
    Trotzdem habe ich eine kleine Frage: wieso stehen Feldlinien immer senkrecht auf den Äquipotenziallinien?

    Das ist mir noch nicht ganz klar.. In meinem Schulbuch ist diese Frage an folgendem Beispiel erklärt:

    Eine bewegliche Ladung erfährt die schrägliegende Kraft F1. Ihre Komponente Fp tangential zur Oberfläche verschiebt die Ladung. Solche Verschiebungen hören erst dann auf, wenn der Wert Fp=0 ist. Dann aber stehen alle de Feldlinien senkrecht zur Oberfläche. Diesen Vorgang nennt man Influenz.

    Kann mir jemand helfen?

    Liebe Grüße

    Von Petra Sund63, vor etwa 3 Jahren
  2. Default

    Super Video und sehr anschaulich erklärt, hat mir sehr geholfen.

    Vielen Dank

    Von Musguru, vor etwa 3 Jahren
  3. Default

    Fantastisches Video! Hat mir super weitergeholfen, toll erklärt und wirklich angenehm zuzuhören!

    Von Julie Hermann, vor etwa 3 Jahren
  4. Default

    Einfach Spitze,

    in Darstellung und Ausdrucksweise.

    Vielen herzlichen Dank

    Von Goennheimer, vor fast 4 Jahren
  5. Default

    Wow, was für eine Stimme! Äuserst angenehm!
    Die ist zum erklären ja wie geschaffen.
    - Ach ja, super Video.

    Gruß
    Mathecrack

    Von Mathecrack, vor etwa 4 Jahren
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