Elektrische Feld

Elektrische Ladungen

Definition

Ein elektrisches Feld ist ein Raum auf dem auf elektrische Ladungen Kräfte wirken.

Theorie

Es gibt positive und negative elektrische Ladungen. Gleichartige elektrische Ladungen stoßen sich ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an.

Die kleinste elektrische Ladung, die als Elementarladung \( e \) bezeichnet wird, ist die Ladung eines Elektrons (kleinste negative Ladung) beziehungsweise die Ladung eines Protons (kleinste positive Ladung)

Eine beliebige elektrische Ladung (Ladungsmenge) \( Q \) setz sich aus einem ganzzahlingen Vielfachen \( N \) der Elementarladung \( \pm e \) zusammen. Die elektrische Ladung \( Q \) ist somit quanisiert (in kleinste Pakete gequantelt also (zerlegt)).

Der Wert der Elementarladung ist eine Naturkonstante.
Ladung eines Elektrons : \( -1,602\ \cdot \ 10^{-19}C \)
Ladung eines Protons : \( 1,602\ \cdot \ 10^{-19}C \)

Formel

$$ Q = N\ \cdot\ e $$

Einheit

$$\left[ Q\right] \ =\ As\ =\ C$$ $$ As, \text{Ampere Sekunden} $$ $$C, \text{Coulomb} $$

Ladungserhaltungssatz

Der Ladungserhaltungssatz sagt aus, dass in einem abgeschlossenen System die Summe an positiven und negativen Ladungen konstant bleibt.

Gesetz von Coulomb

Formel

$$F=\frac{1}{4\pi \epsilon_{0} } \ \cdot \ \frac{Q_{1}\ \cdot \ Q_{2}}{r^{2}} $$ $$\epsilon_{0},\ \text{Dielektrizitätskonstante des Vakuums} $$ $$\epsilon_{0}\ =\ 8,854\ \cdot \ 10^{-12}\ \frac{As}{Vm} $$

Bemerkung

Dieses Gesetz ist ähnlich des Gravitationsgesetzes.

Homogenes - oder Inhomogenesfeld

Man spricht von einem homogenen Feld wenn die Feldlinien parallel verlaufen, andernfalls ist es inhomogen.

Elektische Feldstärke

Bedingungen

1. Die Kraft \( F \) auf eine Ladung ist zu der elektrischen Feldstärke proportional.

2. Die Kraft \( F \) auf die Ladung ist zu der Ladungsmenge proportional.

Definition

Die elektrische Feldstärke \( E \) ist ein Maß für die Kraft die in einem bestimmten Feldpunkt auf eine \( I \) dort befindliche Ladung ausgeübt wird. Je größer die Feldliniendichte, desto größer die Feldstärke.

Formel

$$ F\ =\ Q\ \cdot \ E $$

Einheit

$$ \left[ E\right] \ =\ \frac{V}{m} $$ $$E,\ \text{elektrische Feldstärke}$$

Formel

$$ E\ =\ \frac{U}{d} $$

Elektische Influenz

Definition

Unter Einfluss eines elektrischen Feldes kommt es in einem Leiter zu einer Ladungstrennung.

Theorie

Bringt man einen Leiter in ein elektrisches Feld, so kommt es in dem Leiter zu einer Verschiebung der Ladungen durch Influenz.

Elektrische Polaristation

Definition

Unter Polarisation versteht man die Ladungsverschiebung in einem Isolierstoff unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.

Theorie

Bringt man einen Isolierstoff in ein elektrisches Feld, so werden die Elektronen von den Protonen entfernt ohne sich zu trennen. Die Moleküle richten sich durch die Kraft des Feldes aus.

Dielektrikum

Ein polarisierter Isolierstoff wird Dielektrikum genannt.