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Das elektrische Feld beschreibt die Kraftwirkung pro Ladungseinheit im Raum um eine elektrische Ladung und wird durch Feldlinien visualisiert.
Ein elektrisches Feld ist ein Zustand des Raumes, in dem auf elektrische Ladungen eine Kraft ausgeübt wird. Man kann es sich wie ein unsichtbares Netz vorstellen, das jede Ladung umgibt. Während die Coulomb-Kraft die Wechselwirkung zwischen zwei spezifischen Ladungen beschreibt, charakterisiert das Feld die Eigenschaft des Raumes selbst, unabhängig davon, ob gerade eine zweite Ladung vorhanden ist, um die Kraft zu 'spüren'.
Die zentrale Größe ist die elektrische Feldstärke (E). Sie ist definiert als der Quotient aus der Kraft (F), die auf eine kleine positive Probeladung wirkt, und der Größe dieser Ladung (q). Die Formel lautet E = F / q. Die Einheit der Feldstärke ist Newton pro Coulomb (N/C) oder gleichwertig Volt pro Meter (V/m). Da die Kraft ein Vektor ist, ist auch die Feldstärke eine vektorielle Größe mit Betrag und Richtung.
Zur Veranschaulichung dienen Feldlinien. Diese fiktiven Linien zeigen in jedem Punkt die Richtung der Kraft an, die auf eine positive Probeladung wirken würde. Sie verlaufen daher immer von der positiven Ladung (Quelle) zur negativen Ladung (Senke). Die Dichte der Feldlinien gibt Aufschluss über die Stärke des Feldes: Je enger die Linien beieinander liegen, desto stärker ist das Feld an dieser Stelle.
Ein Spezialfall ist das homogene elektrische Feld, wie es idealisiert zwischen den Platten eines Plattenkondensators auftritt. Hier sind die Feldlinien parallel und gleichmäßig verteilt, was bedeutet, dass die Feldstärke an jedem Punkt zwischen den Platten identisch ist. Die Feldstärke berechnet sich hier einfach aus der anliegenden Spannung (U) und dem Abstand (d) der Platten: E = U / d.
Das elektrische Potenzial beschreibt die potenzielle Energie einer Ladung pro Ladungseinheit an einem bestimmten Ort im Feld. Die Differenz zwischen den Potenzialen zweier Punkte nennen wir Spannung (U). Man kann dies mit der Höhe in einem Gravitationsfeld vergleichen: Das Potenzial entspricht der Höhe, während die Spannung dem Höhenunterschied zwischen zwei Etagen entspricht.
Fallbeispiel zur Berechnung: In einem Plattenkondensator mit einem Plattenabstand von 0,02 m (2 cm) liegt eine Spannung von 100 V an. Die Feldstärke beträgt somit E = 100 V / 0,02 m = 5000 V/m. Bringt man nun ein Elektron (Ladung ca. -1,6 x 10^-19 C) in dieses Feld, erfährt es eine Kraft von F = E * q, also 5000 V/m * 1,6 x 10^-19 C = 8 x 10^-16 N in Richtung der positiven Platte.
