Das Feldlinienbild-Modell

Phy-11: (2.1.4) Das Feldlinienbild-Modell
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Kapitel: 2. Statische elektrische Felder / 2.1 Das elektrische Feldkonzept
Da elektrische Felder nicht sichtbar sind, bedient man sich einer Modellvorstellung zur Beschreibung des
Vektorcharakters eines elektrischen Feldes, dem Feldlinienbild:
Das Feldlinienbild ist ein Modell für das elektrische Feld. Es macht Aussagen über Beträge und Richtungen der
Kraft auf Probekörper im elektrischen Feld.
Feldlinien sind keine physikalisch realen Objekte, sondern nur grafische Hilfsmittel.
Für das Feldlinienbild als Modell des elektrischen Feldes gelten folgende Bestimmungen:
①
Je größer die Anzahl der Feldlinien in einem bestimmten Gebiet des Feldes ist, desto stärker ist die dort
wirkende Kraft auf einen geladenen Körper.
②
Die Richtung der Feldlinien gibt die Richtung der wirkenden Kraft auf einen geladenen Körper an. Dabei
ist die Art der Ladung zu betrachten. Die Richtung der elektrischen Feldlinie stimmt nur mit der Richtung
der Kraft auf einen positiv geladenen Körper überein.
Vereinbarungsgemäß verläuft die Richtung der Feldlinien von + nach - .
Feldlinien beginnen daher an positiven und enden an negativen Ladungsträgern.
Im Modell Feldlinienbild gilt:
In einem homogenen Feld verlaufen die Feldlinien parallel, in einem inhomogenen Feld dagegen nicht.
Homogenes Feld
Inhomogenes Feld
Das Feld zwischen zwei ungleichnamig geladenen Platten ist nur im Bereich zwischen den Platten homogen.
Die Feldlinien verlaufen parallel, geradlinig und gleich dicht, die Kraft in jedem Punkt des elektrischen Feldes ist
daher in Betrag und Richtung gleich. Werden die Feldlinien dichter gezeichnet, so veranschaulicht dies einen
größeren Betrag der Kraft auf einen geladenen Körper.
Das inhomogene Feld um eine Punktladung wird auch als Radialfeld oder radialsymmetrisches Feld bezeichnet.
Die Feldlinien verlaufen dabei "strahlenförmig" nach außen, wobei die Feldliniendichte mit zunehmender
Entfernung von der Punktladung abnimmt. Das elektrische Feld im Außenraum einer geladenen Hohlkugel
entspricht dem eines punktförmigen Körpers gleicher Ladung, der sich im Zentrum der Kugel befindet.
Feldlinien beginnen und enden an Ladungen, die auch weit entfernt sein können.
Dabei treten Feldlinien aus Leiteroberflächen im elektrostatischen Gleichgewicht immer senkrecht ein und aus.
Wäre das nicht der Fall, würde eine tangentiale Kraftkomponente so lange eine Verschiebung der Ladung
hervorrufen, bis die Kraft senkrecht zur Oberfläche wirkt.
Wegen der Eindeutigkeit der Kraftrichtung kann in jedem Punkt des elektrischen Feldes genau eine Feldlinie
gezeichnet werden. Daher gibt es im Feldlinienbild keine Schnittpunkte mehrerer Feldlinien.
Man kann ein elektrisches Feld auch nach dem Verlauf der Feldlinien von Ladung zu Ladung charakterisieren:
Das elektrische Feld ist ein wirbelfreies Quellenfeld.
Wirbelfrei bedeutet, dass die Feldlinien keine geschlossenen Linien sind, sondern Anfang und Ende haben.
Die Quellen des Feldes sind die elektrischen Ladungen.
Gymnasium Bayern (G8) · Kurs: Physik Q 11 · © Philipp Gillemot, München 2014