ET4-02 – Elektrisches Feld – Übersicht

Inhaltsverzeichnis

In diesem Kurstext erklären wir dir als angehenden Techniker alles Rund um das Thema elektrisches Feld. Wir erklären dir dabei auch welche Ausprägungen es gibt und welchen Einfluss der magnetische Fluss auf dieses hat. 

 

“Ein elektrisches Feld tritt überall als Phänomen auf und umfasst einen Bereich oder Raum, der elektrische Ladungsträger umgibt.”

 

Elektrisches Feld - Punktladung
Elektrisches Feld – Punktladung

 

 

 

 


Elektrisches Feld – Grundlegendes


Aus technischer Sicht ist das elektrische Feld nichts anderes als ein physikalisches Feld, welches elektrische Ladungsträger umgibt und Ladungen aufgrund der Columbkraft bewegt.

 

undefiniert
Wer hat's entdeckt?....

Der britische Physik Michael Faraday war einer der ersten Wissenschaftler, der sich eine genaue Vorstellung von einem elektrischen Feld gemacht hat und dafür die Feldlinien einführte.

Ihm zu Ehren rechnen wir heute mit der Faradayschen Konstanten und können uns bei Gewittern ohne Sorge vor Blitzeinschlägen auf offenem Feld in einem Faradayschen Käfig aufhalten.

 

Faradayscher Käfig
Faradayscher Käfig

 

Fun Fact am Rande: Ein Auto wird übrigens auch als Faradayscher Käfig bezeichnet, wäre dem nicht so, könnten Autofahrten bei Gewittern nicht stattfinden. 

 

undefiniert
Kannst du dich bitte mal entscheiden....

Nein! Denn sowohl den Raum um einen geladenen Körper herum als auch den Zustand des Raumes selbst, nennt man elektrisches Feld. 

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Man spricht zudem von einem Vektorfeld, da die räumlich verteilten elektrischen Ladungsträger in jedem Raumpunkt erfasst werden.

 

Im Vektorfeld wirkt die elektrische Feldstärke \vec{E}. Das bedeutet, dass auf geladene Körper im elektrischen Feld diese besagte Kraft wirkt.

 

Erzeugt werden diese Vektorfelder durch

  • elektrische Ladungen 

oder

  • magnetische Felder, die zeitlich nicht konstant sind. 

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Sowohl elektrische als auch magnetische Felder können mit Hilfe der Maxwellgleichungen beschrieben werden. 

 

Es erklärt unter anderem wie elektrische Energie übertragen wird oder elektrische Schaltungen funktionieren. Darüber hinaus sorgt es für die Bindung der Elektronen in der Elektronenhülle an den Atomkern und verleiht Materie eine Gestalt. 

 

 


Elektrisches Feld – Weitere wichtige Informationen


undefiniert
Gut zu wissen
  1. Betrachtet man das elektrische Feld in Verbindung mit dem elektromagnetischen Feld, so lassen sich daraus Kenntnisse über Licht- und Schallwellen, sowie deren Ausbreitung gewinnen. 
  2. Die Geschwindigkeit mit der sich die elektrische Feldstärke ausbreitet, beträgt 300.000 km/s, dies entspricht der Lichtgeschwindigkeit. Aus jetziger wissenschaftlicher Sicht ist dies das Maximum an Geschwindigkeit überhaupt.
  3. Ein zeitliche Veränderung des elektrischen Feldes verursacht immer ein magnetisches Feld
  4. Ein elektrisches Feld, das sich nicht verändert, wird als elektrostatisch bezeichnet. 
  5. Im Bereich zwischen den Platten eines Plattenkondensators bildet sich immer ein homogenes Feld aus. 

 

Sind die Bewegungsrichtung sowie die Geschwindigkeit der Ladungsträger konstant und die Kraft, die die Ladungsträger antreibt gleichbleibend, so liegt ein stationäres elektrisches Feld vor. 

 

Plattenkondensator - Homogenes Feld
Plattenkondensator – Homogenes Feld

 

 


Elektrisches Feld – Darstellung mit Feldlinienbildern


Feldlinienbilder helfen dabei, sich elektrische Felder besser vorstellen zu können. Die darin enthaltenen gerichteten Pfeile, bezeichnet man als Feldlinien

 

Zwei unterschiedliche Ausprägungen solltest du dir definitiv merken:

  1. Quellenfeld: Hier verlaufen die Feldlinien des von Ladungen erzeugten elektrischen Feldes von den positiven Ladungen (bzw. im Unendlichen) hin zu den negativen Ladungen (ebenfalls im Unendlichen).  
  2. Wirbelfeld: Hier verlaufen die Feldlinien in sich geschlossen. Verursacht werden diese durch Änderungen des magnetischen Flusses, welcher durch eine Fläche verläuft.

 

Induziertes elektrische Wirbelfeld
Induziertes elektrische Wirbelfeld

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Um die Richtung der Kraft auf eine positive Ladung  und die Richtung des Feldstärkevektors in einem Punkt einer Feldlinie zu ermitteln, gilt es die Richtung der Tangente in diesem Punkt zu bestimmen. Die Feldliniendichte, also der Querabstand der Feldlinien zueinander, verhält sich proportional zum Betrag der Feldstärke an diesem Punkt.

 

 


Elektrische Felder – Arten 


Wir können das elektrische Feld für unterschiedliche Ladungen und Ladungsarten untersuchen. Daher unterscheiden wir zwischen:

  • Elektrisches Feld einer Punktladung

sowie

  • Elektrisches Feld einer Linienladung

sowie

  • Elektrisches Feld einer Flächenladung

außerdem

 

  • Elektrische Felder eines Plattenkondensators (Homogenes Feld)

und

  • Elektrische Felder eines Dipols. 

 

Elektrisches Feld eines Dipols
Elektrisches Feld eines Dipols

 

 

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wie gehts weiter
Wie geht's weiter?

Im kommenden Kurstext vertiefen wir das Thema und stellen dir zuerst die Feldstärke vor, um anschließend genauer auf die Spannung sowie Kraft im Feld einzugehen.

 

 


Trainingsbereich

Übrigens….. 

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