Darstellung des elektrischen Feldes

Darstellung des elektrischen Feldes mit Feldlinien

Im Raum um einen elektrisch geladenen Körper wirken Kräfte auf andere geladene Körper. Diese Eigenschaft des Raums, auf andere Körper Kräfte auszuüben, bezeichnet man wie bei der Gravitation als Feld. Anders als beim Gravitationsfeld ist aber nicht die Masse die Ursache für die Kraftausübung, sondern die elektrische Ladung. Deshalb bezeichnet man das Feld um elektrische Ladungen als elektrisches Feld. Zur Untersuchung des Gravitationsfeldes haben wir einen kleinen Probekörper verwendet, der das Gravitationsfeld des felderzeugenden Körpers seinerseits nicht störte. Genauso gehen wir beim elektrischen Feld vor. Die Probeladung q trägt gegenüber der felderzeugenden Ladung Q eine vernachlässigbar kleine Ladung. Wie beim Gravitationsfeld verwenden wir für die Darstellung der Kraftrichtung Feldlinien. Da im elektrischen Feld anziehende und abstoßende Kräfte auftreten können, ist die Richtung der Feldlinien von der Ladung des Probekörpers abhängig. Um eine einheitliche Darstellung der Feldlinien zu erreichen, hat man die Vereinbarung getroffen, dass der Probekörper positiv geladen ist.

Versuch: Darstellung einfacher elektrostatischer Felder

Versuchsbeschreibung

In einer flachen Glasschale befindet sich eine dünne Schicht aus Öl und Grießkörnern. Auf die Glasschale setzt man verschieden geformte Elektroden und läd sie über Hochspannungsquellen auf.

Versuchsbeobachtung und -erklärung

Die Grießkörner richten sich im elektrischen Feld aus. Durch das elektrische Feld, das durch die geladenen Elektroden verursacht wird, kommt es in den Grießkörnern zu Ladungsverschiebungen. Durch die so entstehenden Influenzladungen werden die Grießkörner zu Dipolen, die sich entlang der Feldlinien ausrichten und zu Ketten verbinden (in der Animation wird die Bildung der Ketten nicht simuliert, sondern nur die Ausrichtung der Grießkörner).

Versuchsergebnis: Feldlinienbilder einfacher Ladungsanordnungen

Eigenschaften von Feldlinien

Wie beim Gravitationsfeld gibt die Tangente in einem Punkt der Feldlinie die Richtung der Kraft an, die auf einen Probekörper (positiv geladen) wirkt. Die Dichte der Feldlinien ist wiederum ein Maß für die Stärke des elektrischen Feldes. Im Gegensatz zum Gravitationsfeld besitzt das elektrische Feld neben den Senken (negative Ladungen) auch Quellen (positive Ladungen). Auf Leitern, in denen es keine Ladungsverschiebungen gibt (in denen kein Strom fließt), treffen die Feldlinien immer senkrecht auf. Würde eine Feldlinie schräg auftreffen, wäre eine Kraftkomponente parallel zur Leiteroberfläche vorhanden, die die Ladungen verschieben würde, bis die Feldlinie wieder senkrecht auf den Leiter auftrifft. Wir beschränken uns in der Folge auf Felder, bei denen keine Ladungsverschiebungen auftreten, die sich also nicht ändern. Man nennt solche Felder elektrostatische Felder.