Elektrische Ladungen und Felder
Dabei konzentrieren wir uns auf sogenannte KraftFelder, zu denen elektrische Felder gehören. Dazu kann man folgende Definition angeben:
Merke
Ein Kraftfeld lässt sich durch eine Größe (Vektor) in Abhängigkeit von Raum und Zeit beschreiben, die man als Feldstärke bezeichnet. Jenes Kraftfeld führt dann dazu, dass ein entsprechender Probekörper im Raum eine Kraft verspürt.
Die zum elektrischen Feld gehörige elektrische Feldstärke wird per Konvention mit $\vec{E}$ bezeichnet.
Es zeigt sich, dass die auf einen Körper ausgeübte elektrische Kraft $\vec{F}$ mit der elektrischen Ladung $q$ zusammenhängt, welche der Körper trägt. Es erscheint daher sinnvoll, wenn wir die relevanten Eigenschaften der elektrischen Ladung zusammenstellen.
Merke
Eigenschaften der Ladung
- Ladungen treten in zwei Arten auf, die man als positiv (+) und negativ (-) bezeichnet.
- Die Ladung ist eine sogenannte physikalische Erhaltungsgröße. Dies bedeutet, dass Ladung in einem abgeschlossenen physikalischen System weder erzeugt noch vernichtet werden kann; man sagt, dass die Ladung erhalten bleibt.
- Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab und ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
- Beobachtbare Ladungen sind gequantelt; das bedeutet, dass Ladungen stets als Vielfache der Elementarladung $e=-1,6\times10^{-19}C$ (Coulomb) auftreten. (Das Minuszeichen bedeutet, dass das Elektron negativ geladen ist.)
Betrachten wir nun einen Körper mit der Ladung $q$, der sich innerhalb dieses Feldes bewegt, so wird er eine Kraft $\vec{F}$ verspüren. Diese Situation kennen wir aus Experimenten, bei denen sich gleichnamige Ladungen abstoßen und ungleichnamige Ladungen anziehen. Die Abstoßung (Repulsion) und Anziehung (Attraktion) resultieren gerade aus jener Kraftwirkung.
Hält man nun die Feldstärke $\vec{E}$ konstant und variiert die Ladungen der Probekörper, so stellt man ein proportionales Anwachsen der elektrischen Kraft $\vec{F}$ fest und es ergibt sich folgendes Gesetz
Hinweis
$\vec{F}=q\vec{E}$
Kennt man nun die Feldstärke $\vec{E}$ in einem Raumpunkt, so lässt sich mit der angegebenen Formel die Kraft $\vec{F}$ auf einen Körper der Ladung $q$ in jenem Raumpunkt berechnen.
In unserem dreidimensionalen physikalischen Anschauungsraum lassen sich die Vektoren komponentenweise ausschreiben. Man erhält damit folgende Darstellung:
Hinweis
$\left(\begin{array}{c} F_x\\F_y\\F_z \end{array}\right)=q\left(\begin{array}{c} E_x\\E_y\\E_z\end{array}\right)$
$F_x$, $F_y$ und $F_z$ sind dabei die Komponenten der Kraft in den Richtungen $x$, $y$ und $z$. Analog sind $E_x$, $E_y$ und $E_z$ Komponenten des elektrischen Feldes in den entsprechenden Richtungen.
Da die Physik stets Messungen erfordert, muss man entsprechende Einheiten definieren. Aus der obigen Beziehung zwischen $\vec{F}$ und $\vec{E}$ folgt: Da Kräfte in Newton $(N)$ und Ladungen in Coulomb $(C)$ angegeben werden, erhält man als Einheit der elektrischen Feldstärke Newton/Coulomb $(\frac{N}{C})$.
Merke
Die vektorielle Feldgröße $\vec{E}$
Das elektrische Feld wird durch die elektrische Feldstärke $\vec{E}$ beschrieben. Aus der Formel zwischen elektrischer Feldstärke $\vec{E}$, Ladung $q$ und elektrischer Kraft $\vec{F}$ ergibt sich die Einheit für die Feldstärke:
$1\frac{N}{C}$
Dabei steht $N$ für die Einheit der Kraft (Newton) und $C$ für die Einheit der Ladung (Coulomb).
Weitere interessante Inhalte zum Thema
-
Vektorfeld
Vielleicht ist für Sie auch das Thema Vektorfeld (Feldkonzept- allgemeiner Überblick) aus unserem Online-Kurs Ladungen und Felder interessant.
zum Kurs 
