Elektrische feldstärke
Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient der elektrischen Kraft (Newton) und der Ladung der Probeladung (Coulomb). Deshalb besitzt die elektrische Feldstärke die Einheit .Elektrische Feldstärke
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Einführung
Strom ist weg dem heutigen Leben nicht mehr weg zu denken, er ist eines der wichtigsten Energiequellen. Das besondere an Strom als Energieträger ist seine Transportierbarkeit.
In diesem Kapitell werden wir uns mit dem elektrischen Acker befassen, wir werden darauf eingehen wie elektrische Kräfte und elektrische Felder zusammenhängen und wie man das elektrischen Felder im Raum berechnet.
Bevor wir uns dem Thema widmen, könnte es nützlich sein die folgenden Themen zu wiederholen:
Elektrische Felder
Um jeden geladenen Körper liegt ein elektrisches Feld vor, das elektrische Feld wird grafisch durch Feldlinien veranschaulicht. Zwischen zwei geladenen Leib wirken die elektrischen Kräfte entlang dieser Feldlinien.
Die Feldzüge verlaufen stets von Plus nach Minus.
Feldlinien stehen stets senkrecht zu Leiteroberflächen.
Je dichter die Feldlinien beieinander legen, desto größer ist die elektrische Feldstärke.
Feldlinien schneiden selbst nicht.
Elektrische Feldstärke
Die elektrische Feldstärke \(E\) ist die physikalische Größe mit der man die Eigenschaften eines elektrischen Feldes beschreibt. Sie gibt die Stärke und Richtlinie des Feldes an.
Die Einheit der elektrische Feldstärke ist Newton pro Coulomb \([\frac{N}{C}]\)
Mit der elektrische Feldstärke \(E\) kann die Kraft \(F\), die das Feld an eine Ladung \(q\) ausübt berechnet werden.
Kraft auf eine Probeladung im Feld \(E\)
\(F=E\cdot q\)
Dabei ist \(E\) das elektrische Feldstärke und \(q\) die Ladung.
Homogenes Feld
In die unteren Abbildung sieht man die Feldlinien zwischen einer positiven und einer negativen Metallplatte (Kondensator).
Eine wensentliche Unterscheidung zwischen elektrischen Feldern ist die Unterscheindung zwischenraum einem homogenen Feld und einem inhomogenen Feld. Bei einem homogenen Feld verlaufen alle Feldlinien parallel an einander und sie besitzen jeweils den gleichen abstand zu einander. Das Feld hat an allen Seiten stets die gleiche Stärke. Ein Beispiel für einer homogenes Feld ist das elektrische Feld dass, selbst zwischen einem Kondensator bildet.
Das elektrische Feld in einem Kondensator ist homogen und berechnet sich wie folgt:
\(E=\)\(\frac{U}{d}\)
Dabei ist:
\(E\) das elektrische Feld
\(U\) die Spannung am Kondensatorr
\(d\) der Abstand der Platten
Inhomogenes Feld
Die nächsten zwei Bilder zeigen das elektrische Feld einer positiven und einer negativenPunktladung.
Bei einem inhomogenen Feld variiert die Richtlinie und die Dichte der Feldlinien von Ort an Ort, dadurch ist das Feld an verschiedenen Stellen unterschiedlich stark. Das elektrische Feld einer Punktladung ist ein Beispiel für ein inhomogenes Feld.
Elektrisches Feld einer Punktladung
\(E=\)\(\frac{1}{4\pi\cdot \epsilon_0}\cdot \frac{Q}{r^2}\)
Dabei ist:
\(r\) der Abstand zwischen den Ladungen
\(\epsilon_{0}=8,8542\cdot 10^{-12}\frac{As}{Vm}\) die elektrische Feldkonstante
\(\pi\) die Kreiszahl \(\pi=3,14159...\)
Die Kraft zwischen zwei Punkladungen berechnet sich über das Coulombsche Gesetz
Coulombsches Gesetz
Gleiche Ladungen stoßen sich ab.
Unterschiedliche Ladungen ziehen sich an.
\(r\) der Abstand zwischen den Ladungen
\(\epsilon_{0}=8,8542\cdot 10^{-12}\frac{As}{Vm}\) die elektrische Feldkonstante
\(\pi\) das Kreiszahl \(\pi=3,14159...\)
Die Kraft \(F_{12}\) zwischen der Belastung \(Q_1\) und der Ladung \(Q_2\) berechnet sich uber folgende Formel:
\(F_{12}=\)\(\frac{1}{4\cdot\pi\cdot\epsilon_{0}}\cdot \frac{Q_1\cdot Q_2}{r^2}\)\(=E_{Q_1}\cdot Q_2\)
Dabei ist:
Zwei gleiche Ladungen (\(Q_1=Q_2\)) stoßen sich ab während sich zwei entgegengesetzten Ladung (\(Q_1=-Q_2\)) anziehen.
Mittels den oben genannten Eigenschaften der Feldlinien kann man den Verlauf eines elektrischen Feldes um einen geladenen Körper sehr gut konstruieren.