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Elektrische Feldlinien

Ein elektrisches Feld wird anhand seiner physikalischen Eigenschaften nachgewiesen. Es ist allerdings nicht direkt sichtbar und lässt sich deshalb nur schwer veranschaulichen. Der Physiker MICHAEL FARADAY entwickelte ein spezielles Modell zur Veranschaulichung elektrischer Felder. Dieses Modell beruht auf der Nutzung von Feldlinien.

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Das Feldlinienmodell

Ein elektrisches Feld wird anhand seiner physikalischen Eigenschaften nachgewiesen. Es ist allerdings nicht direkt sichtbar und lässt sich deshalb nur schwer veranschaulichen. Der Physiker MICHAEL FARADAY entwickelte ein spezielles Modell zur Veranschaulichung elektrischer Felder. Dieses Modell beruht auf der Nutzung von Feldlinien.

  • Feldlinienbild um unterschiedlich geladene Körper

    L. Meyer, Potsdam

Wir betrachten das elektrische Feld um eine Punktladung. Den Verlauf dieses Feldes könnte man messen, indem man eine kleine Probeladung an sehr vielen Stellen um die Punktladung herum platziert und in jedem dieser Punkte die elektrische Feldstärke misst. Verbindet man gedanklich alle Punkte, in denen die gemessenen Feldstärken in die gleiche Richtung weisen, erhält man eine Feldlinie. Wird dieser Vorgang mehrmals wiederholt, ergibt sich das in der Abbildung gezeigt Feldlinienbild. Man entnimmt diesem Feldlinienbild unmittelbar mehrere allgemeingültige Eigenschaften der Feldlinien:

  • Auf geladene Körper (Probekörper) wirken Kräfte. Die Kräfte haben die gleiche Richtung wie die Feldlinien an der betreffenden Stelle.
  1. Feldlinien schneiden sich niemals.
     
  2. Feldlinien eines elektrostatischen Feldes stehen immer senkrecht auf der Oberfläche der im Feld befindlichen Körper. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Feld von ihnen ausgeht oder auf sie einwirkt.
  3. Je dichter die Feldlinien beieinander liegen, desto höher ist die elektrische Feldstärke.
  4. Um den Feldlinien eine eindeutige Richtung zu verleihen, hat man definiert: Die Feldlinien zeigen von der positiven Ladung weg zur negativen Ladung hin.
  • Feldlinien um eine positiv geladene Kugel
  • Feldlinien um eine negativ geladene Kugel

Mithilfe dieser vier Eigenschaften der Feldlinien kann man den prinzipiellen Verlauf des elektrischen Feldes um einen geladenen Körper herum konstruieren. Insbesondere erkennt man anhand der Feldlinien sehr schnell, welcher Typ eines elektrischen Feldes vorliegt. In einem homogenen Feld verlaufen die Feldlinien parallel und haben untereinander alle den gleichen Abstand. Das Feld hat an allen Stellen die gleiche Stärke. In einem inhomogenen Feld variieren Richtung und Dichte der Feldlinien von Ort zu Ort. Das Feld ist an verschiedenen Stellen unterschiedlich stark.

  • Feldlinien zwischen zwei unterschiedlich geladenen Körpern
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Elektrische Feldlinien." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/elektrische-feldlinien (Abgerufen: 02. July 2025, 11:30 UTC)

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  • Punktladung
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Feldstärke und dielektrische Verschiebung

Elektrische Felder können mithilfe von Feldlinienbildern beschrieben werden. Zur ihrer quantitativen Beschreibung nutzt man die feldbeschreibenden Größen elektrische Feldstärke und dielektrische Verschiebung. Die elektrische Feldstärke E ist definiert als Quotient aus der Kraft F, die das Feld auf einen positiv geladenen Probekörper ausübt, und dessen Ladung Q:
E → = F → Q
Die dielektrische Verschiebung D (Verschiebungsdichte) ist ein Maß für die auf einer Fläche im elektrischen Feld durch Influenz hervorgerufenen Ladung:
D = Q A
Beide Größen sind durch die elektrische Feldkonstante und die Permittivitätszahl miteinander verbunden:
D → = ε 0 ⋅ ε r ⋅ E →
Bevorzugt wird mit der elektrischen Feldstärke gearbeitet.

Fernwirkung und Nahwirkung

Ausgehend vom coulombschen Gesetz und vom Gravitationsgesetz lag die Vermutung nahe, dass Kräfte zwischen Körpern durch den Raum übertragen werden, ohne dass ein übertragendes Medium vorhanden ist. Die Kräfte wirken unmittelbar zwischen den Körpern. Man spricht deshalb von der Fernwirkung oder auch von der Fernwirkungstheorie. Sie diente lange Zeit als Arbeitshypothese zur Erklärung der elektrischen, magnetischen und Gravitationswechselwirkungen zwischen Körpern.
MICHAEL FARADAY nahm dagegen an, dass sich durch die Anwesenheit eines Körpers der Raum selbst verändert und zum Träger physikalischer Eigenschaften wird. Kräfte werden dann durch diesen Raum vermittelt. Diese Auffassung geht also von einer Nahwirkung aus. Sie wird als Nahwirkungstheorie oder als Feldtheorie bezeichnet.

Kondensatoren

Ein Kondensator ist ist elektrisches Bauelement, mit dem elektrische Ladung und damit elektrische Energie gespeichert wird. Die einfachste Form eines Kondensators ist ein Plattenkondensator, der aus zwei sich gegenüberstehenden, voneinander isolierten Metallplatten besteht, zwischen denen sich Luft befindet. Wird zwischen diesen Metallplatten eine elektrische Spannung angelegt, dann sammeln sich auf ihren Oberflächen getrennt voneinander positive und negative Ladungen an. Zwischen den Platten baut sich ein elektrisches Feld auf, in dem Feldenergie gespeichert ist. Die Kapazität eines Kondensators hängt von seinem Aufbau ab und kann in weiten Grenzen variieren. Kondensatoren können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Sie verhalten sich im Gleichstromkreis anders als im Wechselstromkreis.

Elektrische Arbeit

Die elektrische Arbeit gibt an, wie viel elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird.

Formelzeichen:
Einheit:
W
1 W ⋅ s

Elektrische Arbeit muss man verrichten, um einen geladenen Körper in einem elektrischen Feld zu verschieben.

Physikalische Felder im Vergleich

Elektrische Felder, magnetische Felder und Gravitationsfelder sind dadurch gekennzeichnet, dass auf Körper mit bestimmten Eigenschaften, die sich in ihnen befinden, Kräfte ausgeübt werden. Alle drei Arten von Feldern lassen sich mithilfe des Modells Feldlinienbild beschreiben. Für jedes der Felder gibt es feldbeschreibende Größen, die teilweise in analoger Weise definiert sind. Darüber hinaus gibt es zwischen diesen drei Arten von Feldern weitere Gemeinsamkeiten, aber auch deutliche Unterschiede.

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