Feldbegriff und Darstellung von Feldern

Ein elektrisches Feld entsteht durch eine elektrische Ladung bzw. durch einen elektrische geladenen Körper. Im Raum um diese elektrische Ladung wirken Kräfte auf andere Ladungen oder geladene Körper. Für diese Kraftwirkung ist keine Materie zwischen den geladenen Körpern bzw. Ladungen erforderlich. Die Übertragung der Kraftwirkungen erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit.

Ein elektrisches Feld ist der Zustand des Raumes um einen elektrisch geladenen Körper, in dem auf andere elektrisch geladene Körper Kräfte ausgeübt werden.

Neben dem elektrischen Feld gibt es noch weitere Arten von Kraftfeldern:

    • Graviationsfeld (Kraftfeld um Massen)
    • Magnetisches Feld (Kraftfeld um Magneten oder bewegte Ladungen)

Sichtbarmachen elektrischer Felder

Im Grunde kann man nicht das Feld selbst sondern nur die Wirkungen der im Feld wirkenden Kräfte sichtbar machen. Dazu benutzt man Gries und Rizinusöl:
Mit verschiedenen Elektroden werden elektrische Felder in einer Schale erzeugt, in der sich Grieskörner in Rizinusöl befinden.

Im elektrischen Feld richten sich die Ladungen innerhalb der Grieskörner aus (→ dielektrische Polarisation), wodurch diese Dipole bilden und sich gegenseitig anziehen. Dadurch entstehen in Richtung der Kraftwirkung Ketten von Griekörnern, die man durch Projektion sichtbar machen kann:

elektrisches Feld

elektrisches Feld - Feldlinien

Feld zwischen zwei unterschiedlich geladenen Kreisen

Feld zwischen zwei unterschiedlich geladenen Kreisen

Feld zwischen zwei geladenen Platten

Feld zwischen zwei geladenen Platten

Zeichnet man entlang der Ketten Linien, so verlaufen dieses stets in Richtung der Kraftwirkung. Diese Linien werden Feldlinien genannt und dienen als zeichnerisches Hilfsmittel zur Darstellung elektrischer Felder.

Ein elektrisches Feld ist nur an seinen Wirkungen erkennbar und nachweisbar.

Elektrische Felder können mit Hilfe von Feldlinienbildern dargestellt werden.

Feldlinien

Ein Feldlinienbild ist ein Modell für das elektrische Feld. Es macht Aussagen über Beträge und Richtungen der Kräfte auf Probekörper im elektrischen Feld.

Die Richtung der Feldlinien verläuft vereinbarungsgemäß von + (positiv) nach – (negativ).

Daher gilt: Positiv geladene Körper werden in Feldlinienrichtung beschleunigt, negative entgegen der Feldlinienrichtung.

Das Modell der Feldlinien wurde von MICHAEL FARADAY (1791–1867) in die
Physik eingeführt. Er erwarb sich große Verdienste um die Physik der Felder.

Feldlinienbilder verschiedener elektrischer Felder

Elektrisches Feld zwischen zwei ungleichnamigen Ladungen

 Feld zwischen zwei ungleichnamigen Ladungen

 

Homogenes Feld

Homogenes Feld

 

Radialfeld

Radialfeld

Warum treten Feldlinien stets senkrecht ein oder aus?

Feldlinien beginnen und enden an Ladungen, die auch – wie bei dem oben dargestellten Radialfeld – weit entfernt sein können.

Dabei treten die Feldlinien aus Leiteroberflächen im elektrostatischen Gleichgewicht immer senkrecht ein oder aus.

Wäre das nicht der Fall, dann würde eine tangentiale Kraftkomponente solange eine Verschiebung der Ladung hervorrufen, bis die Kraft letztendlich senkrecht zur Oberfläche wirkt.

Nach dem Verlauf der Feldlinien von Ladung zu Ladung kann man ein elektrisches Feld auch folgendermaßen charakterisieren:

Ein statisches elektrisches 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.

Im Unterschied dazu ist ein magnetisches Feld ein quellenfreies Wirbelfeld. Das bedeutet: Die Feldlinien sind dort geschlossene Linien ohne Anfang und Ende.