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Elektrisches Feld

Stromstärke; Kräfte zwischen geladenen Körpern; Faradayscher Käfig; Elektrische Feldstärke; Elektrisches Potenzial und Spannung; Plattenkondensator und Spule; Dielektrika; Arbeit und Energie

Die elektrische Ladung

Die elektrische Ladung ist verantwortlich für Phänomene wie das Gewitter oder dafür, dass du einen Schlag bekommst, sobald du einen anderen geladenen Gegenstand berührst. Die elektrische Ladung ist eine Eigenschaft der Grundbausteine von Materie: ein Atom besteht aus einem durch Protonen positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Elektronenhülle (Elektronen).

Im Grundzustand sind Atome elektrisch neutral, weil sich die elektrische Ladung der Elektronen und Protonen im Mittel aufhebt. Hat ein Körper hingegen mehr Elektronen als Protonen, so ist er negativ geladen. Die kleinste Ladungsmenge, die die Elektronen und Protonen annehmen können, ist die Elementarladung, also die Ladung eines Elektrons:

Elektrische Felder: Elementarladung e

Jedes physikalische System kann nur ganzzahlige Vielfache dieser Elementarladung tragen. Die elektrische Ladung Q wird in Coulomb angegeben: [Q] = 1 C = 1 As.

Die Kräfte zwischen elektrischen Ladungen sind zum Beispiel verantwortlich für den Zusammenhalt der Atome und den elektrischen Strom.

Das elektrische Feld

Eine elektrische Ladung baut um sich herum ein elektrisches Feld auf. Das Feld ist der Raum um die elektrische Ladung. Die Eigenschaften des elektrischen Feldes werden durch die Feldstärke beschrieben:

Elektrische Felder: Feldstärke E

Die Feldstärke gibt zum einen die Stärke, zum anderen die Richtung des elektrischen Feldes an.

Bringst du in das elektrische Feld eine weitere elektrische Ladung ein, so wirkt auf diese Ladung eine bestimmte Kraft. Mit der elektrischen Feldstärke auf eine Probeladung q kannst du diese Feldkraft F berechnen:

Elektrische Felder: Feldkraft F

Um dir ein elektrisches Feld vorzustellen und es grafisch zu veranschaulichen, benutzt du elektrische Feldlinien. Die Darstellung der Feldlinien richtet sich dabei nach bestimmten Vorschriften:

  • Feldlinien verlaufen immer von einer positiven Ladung zu einer negativen Ladung.
  • Feldlinien enden oder beginnen nicht im leeren Raum. Sie verbinden immer mindestens zwei Ladungen miteinander.
  • Eine elektrische Ladung wird als kugelförmig angenommen, wobei die Feldlinien senkrecht auf der Kugeloberfläche stehen.
  • Feldlinien können sich nicht überlagern oder durchkreuzen.

Elektrisches Feld

Homogene und inhomogene elektrische Felder

Elektrische Felder kannst du unterscheiden in homogene elektrische Felder und inhomogene elektrische Felder. Ein homogenes elektrisches Feld findest du zum Beispiel bei einem Plattenkondensator. Dort verlaufen die Feldlinien des elektrischen Feldes zwischen den Platten an allen Stellen parallel, mit der gleichen Felddichte und gleich gerichtet. Wenn du eine Probeladung q in das elektrische Feld einbringen würdest, dann wäre die Feldkraft auf die Probeladung in dem elektrischen Feld an allen Stellen gleich.

Homogenes elektrisches Feld

Das elektrische Feld, welches von einer einzelnen Ladung ausgeht ist inhomogen. Stelle dir einen kugelförmigen elektrischen Leiter vor, dessen Oberfläche elektrisch geladen ist. Die Feldlinien laufen hier vom Mittelpunkt der Kugel radial nach außen. Die Feldlinien des elektrischen Feldes sind also nicht parallel und auch nicht gleich gerichtet. Die Feldkraft auf eine Probeladung q ist an unterschiedlichen Stellen des elektrischen Feldes unterschiedlich groß.

Inhomogenes elektrisches Feld

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