Das elektrische Feld

Abbildung 345: DemonstrationsexperimentGriesskörner in Rizinusöl ordnen sich nahe geladenerKörper in Linien an, im Bild rechts nahe zweier gleich-namiger Punktladungen. In der Umgebung einer La-dung existiert also etwas, das Griesskörner ausrichtenkann. Es heisst ‘elektrisches Feld’. Die Linien, entlangderer sich die Körner ausrichten, heissen Feldlinien.

Der Begri↵ ‘elektrisches Feld’ wurde vom engl. Physi-ker Michael Faraday, 1791-1867, verbreitet.

Abbildung 346: Punktladungen und ku-gelsymmetrische Ladungen haben ra-diale Feldlinien. Bei positiven Ladun-gen beginnen Feldlinien, bei negativenLadungen enden Feldlinien. Feldlinienkönnen auch endlos sein.

Abbildung 347: Berechnete Feldlinien eines Dipols.Ein elektrischer Dipol besteht aus zwei ungleichnami-gen, gleich starken Punktladungen. Mathematisch idea-lisierte Feldlinien sind in jedem Punkt tangential zurKraft auf eine kleine positive Probeladung an diesemOrt. Die Feldlinien haben die Richtung dieser Kraft.

Abbildung 348: Ein Plattenkon-densator (links) besteht aus zweiparallelen Leiterplatten in kleinemAbstand. Die Platten werden entge-gengesetzt gleich aufgeladen. DieFeldlinien im Spalt sind gerade undgleichabständig, d.h. das elektri-sche Feld ist bis auf den Rand ho-mogen. Ausserhalb des Spalts istdas Feld schwach.Das Feld einer einzelnen Platte, siehe Abb. 348 (rechts), ist auf beiden Seiten gleich stark und ho-mogen, solange man den Rändern nicht zu nahe kommt. Das Feld eines langen, geraden Drahtes ist

©Martin Lieberherr

rotationssymmetrisch um den Draht sowie translationssymmetrisch entlang des Drahtes.

Abbildung 349: Im Innern ei-nes Leiters verschwindet daselektrostatische Feld (Fara-daykäfig). Die Ladungen ander Oberfläche ordnen sich soan, dass das Feld im Innerndes Leiters kompensiert wird.

Blitzschutzanlagen sind grobmaschige Faradaykäfige. Radios empfangen schlecht in Tunnels oderDrahtkäfigen, denn Radiowellen sind ‘wandernde elektrische Felder’. Ladungen sind stets an derOberfläche eines Leiters zu finden, das Innere ist elektrisch neutral.

Abbildung 350: Feldlinien tre↵en stets senkrecht aufeinen Leiter und hören an seiner Oberfläche auf.

Feldlinien können einen Isolator durchqueren und ste-hen nicht unbedingt senkrecht auf ihm, werden aber ander Oberfläche geknickt.

Abbildung 351: In der Nä-he einer Spitze konzentrie-ren sich die Feldlinien. Dortist die Feldstärke besondersgross und dort treten amfrühesten elektrische Durch-schläge auf (Funken). Umge-kehrt ist das Feld bei kon-kaven Leiterflächen besondersschwach (Inneres eines Fara-daybechers).

Das ektrische Feld löste ein altes Rätsel: Woher wissen zwei Ladungen, dass sie sich anziehen sollen?Sie haben ja keine Augen, mit denen sie andere Ladungen sehen könnten. Nach Faraday ist jede La-dung von einem Feld umgeben. Es ist dann das Feld, welches elektrische Kräfte auf andere Ladungenim Feld ausübt.

©Martin Lieberherr