Elektrisches Feld – Stand der Dinge

Elektrisches Feld – Stand der Dinge
Die elektrische Ladung
– Neutrale Körper enthalten Elektronen und Protonen in gleicher Anzahl.
– Zwei gleichartig geladene Körper stoßen sich ab, bei verschiedenartiger Ladung
ziehen sie sich an.
– (Satz von der Erhaltung der Ladung) Die elektrische Ladung eines
abgeschlossenen Systems ist konstant.
– Ein Vorgang, der zur Ladungstrennung durch einen in der Nähe befindlichen
geladenen Körper führt, heißt Influenz. Influenz ist die Trennung der Ladungen auf
einem leitenden Körper unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.
– In Isolatoren lässt sich die elektrische Ladung nur in molekularen Bereichen
verschieben. Dies macht sich durch geladene Außenflächen der Körpers
bemerkbar. Man spricht von Polarisation. Polarisation ist die Ausrichtung
elektrischer Dipole in einem Nichtleiter durch ein elektrisches Feld.
– Ist die Stromstärke I konstant, dann wird in der Zeitspanne Δt die Ladung ΔQ=I•Δt
transportiert.
Das elektrische Feld
– Im Raum um einen elektrisch geladenen Körper besteht ein elektrisches Feld. Im
elektrischen Feld erfahren geladene Körper Kräfte.
– Über Influenz und Polarisation lassen sich elektrische Felder nachweisen.
– Ist die Kraft in jedem Punkt des elektrischen Feldes in Betrag und Richtung gleich,
dann heißt das Feld homogen. Die Feldlinien verlaufen parallel, geradlinig und
gleich dicht.
– Bei einer geladenen Kugel verlaufen die Feldlinien „strahlenförmig“ nach außen,
wenn andere geladene Körper nur in sehr großer Entfernung vorhanden sind. Man
spricht von einem radial-symmetrischen Feld.
– (Metzler) Die elektrische Feldstärke E ist der Quotient aus der Kraft F, die ein positiv
geladener Körper im betrachteten Punkt des Feldes erfährt, und seiner Ladung q:
E=F/q
– (Formelsammlung) Auf einen Körper, der die elektrische Ladung Q trägt, wirkt in
einem elektrischen Feld die Kraft F. Der Quotient F/Q heißt elektrische Feldstärke E:
E=F/Q
– Einheit(en) der elektrischen Feldstärke: 1 N/C, 1 V/m
– Der Quotient σ=Q/A heißt Flächenladungsdichte. Die Einheit ist 1 C/m2.
–
Herleitung:
Misst man die Flächenladungsdichte bei verschiedenen Feldstärken, so ändert sich
sich σ proportional zu E. Es ist σ=ε0•E. Der Proportionalitätsfaktor ε0 heißt
elektrische Feldkonstante: ε0=8,85419•10-12 C/(vm).
Da σ=Q/A und σ=ε0•E, gilt:
E=1/ε0• Q/A
(Kugeloberfläche)
A=4π•r2
Der Betrag der Feldstärke E im radialen Feld einer Kugel mit Ladung Q beträgt im
Abstand r vom Mittelpunkt der Kugel: E=1/ε0• Q/(4π•r2)
– Aus den Gesetzen E2=F1/Q1 bzw. F1=Q1•E2 und E2=1/ε0• Q2/(4π•r2)
und
E1=F2/Q2 bzw. F2=Q2•E1 und E1=1/ε0• Q1/(4π•r2) folgt das …
Coulomb´sche Gesetz:
Die Kraft des Radialfeldes einer Punktladung Q 1 auf eine zweite Punktladung Q2 ist
dem Produkt der Ladungen direkt und dem Quadrat ihres Abstandes umgekehrt
proportional:
F=1/ε0• Q1•Q2/(4π•r2)