In diesem Kurstext erklären wir dir als angehenden Ingenieur oder 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.
Für ein optimales Verständnis helfen dir drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema. Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET4-Elektrische Felder
“Ein elektrisches Feld tritt überall als Phänomen auf und umfasst einen Bereich oder Raum, der elektrische Ladungsträger umgibt.”
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.
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.
Fun Fact am Rande: Ein Auto wird übrigens auch als Faradayscher Käfig bezeichnet, wäre dem nicht so, könnten Autofahrten bei Gewittern nicht stattfinden.
Nein! Denn sowohl den Raum um einen geladenen Körper herum als auch den Zustand des Raumes selbst, nennt man elektrisches Feld.
Man spricht zudem von einem Vektorfeld, da die räumlich verteilten elektrischen Ladungsträger in jedem Raumpunkt erfasst werden.
Im Vektorfeld wirkt die elektrische Feldstärke 
. 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.
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
- Betrachtet man das elektrische Feld in Verbindung mit dem elektromagnetischen Feld, so lassen sich daraus Kenntnisse über Licht- und Schallwellen, sowie deren Ausbreitung gewinnen.
- 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.
- Ein zeitliche Veränderung des elektrischen Feldes verursacht immer ein magnetisches Feld.
- Ein elektrisches Feld, das sich nicht verändert, wird als elektrostatisch bezeichnet.
- 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.
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:
- 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).
- Wirbelfeld: Hier verlaufen die Feldlinien in sich geschlossen. Verursacht werden diese durch Änderungen des magnetischen Flusses, welcher durch eine Fläche verläuft.
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.
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.
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