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Physik · Elektrizitätslehre
Das elektrische Feld als Kraft pro Probeladung: Feldstärke E = F/q, Feldlinien, Punktladung, homogenes Feld im Plattenkondensator und die Kapazität des Kondensators.
Das Feld sagt dir, welche Kraft pro Ladung an einem Ort wirkt: E = F/q. Feldlinien zeigen, wohin eine positive Probeladung gedrückt wird.
Ein elektrisches Feld ist der Zustand des Raums um Ladungen, in dem auf andere Ladungen Kräfte wirken. Es existiert auch ohne zweite Ladung. Du misst es mit einer kleinen positiven Probeladung q und der Kraft F auf sie.
Die Kraft zwischen zwei Punktladungen beschreibt das Coulomb-Gesetz. → Ausführlich in: Elektrische Ladungen
E = F / qEinheit N/C = V/m; E ist ein Vektor
Umgestellt gilt F = q · E. Auf eine positive Ladung zeigt die Kraft in Feldrichtung, auf eine negative entgegengesetzt. Ein Elektron wird also gegen die Feldrichtung beschleunigt.
Die Dichte der Feldlinien gibt Aufschluss über die Stärke des Feldes: dicht heißt stark. Mehr Ladung bedeutet mehr Linien. Bei einer Punktladung verteilen sich dieselben Linien auf immer größere Kugelflächen (A = 4π·r²), deshalb gilt E = |Q| / (4π·ε₀·r²): Doppelter Abstand heißt ein Viertel der Feldstärke.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeDecke die Beschriftungen der Feldlinien auf und erkläre, warum die Feldliniendichte mit dem Abstand abnimmt. Begründe daraus, warum die Feldstärke einer Punktladung mit 1/r² fällt.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
Mehrere Ladungen erzeugen ein Feld aus der vektoriellen Summe ihrer Einzelfelder (Superposition).
Zwischen zwei parallelen, entgegengesetzt geladenen Platten laufen die Feldlinien parallel und gleich dicht. Das Feld ist homogen: E und die Kraft auf eine Ladung sind überall gleich.
E = U / dU: Spannung zwischen den Platten, d: Plattenabstand
Beispiel: Bei einem Plattenabstand von 0,02 m (2 cm) liegen 100 V an. Die Feldstärke beträgt somit E = 100 V / 0,02 m = 5000 V/m. Auf ein Elektron wirkt F = E · |q| = 5000 V/m · 1,6 · 10⁻¹⁹ C = 8 · 10⁻¹⁶ N, und zwar zur positiven Platte hin.
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeVerändere die Spannung U und den Plattenabstand d und berechne vorab E = U / d sowie die Kraft auf ein Elektron. Prüfe deine Vorhersage am Fallbeispiel 100 V bei 2 cm.
Halbierst du bei gleicher Spannung den Abstand, verdoppelt sich E. Verdoppelst du U und d zugleich, bleibt E gleich.
Senkrecht zu den Feldlinien ändert sich das Potenzial nicht. Auf einer Äquipotenzialfläche ist U = 0, und das Feld verrichtet keine Arbeit. → Ausführlich in: Elektrische Spannung
Ein Kondensator besteht aus zwei Leiterflächen, die ein Isolator trennt. Er speichert Ladung und Energie im elektrischen Feld zwischen den Platten, nicht chemisch.
C = Q / UKapazität C in Farad: 1 F = 1 C/V
Die Kapazität wächst mit der Plattenfläche und sinkt mit dem Plattenabstand. Ein Dielektrikum zwischen den Platten erhöht sie. Die gespeicherte Energie ist W = ½ · C · U².
