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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: 29. June 2025, 08:58 UTC)

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  • Punktladung
  • inhomogenes Feld
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Elektrischer Widerstand

Der elektrische Widerstand eines Bauteils gibt an, wie stark der elektrische Strom in ihm behindert wird.

Formelzeichen:
Einheit:
R
ein Ohm (1 Ω )

Definiert ist der elektrische Widerstand als der Quotient aus elektrischer Spannung und elektrischer Stromstärke:

R = U I U Spannung am Bauteil I Stromstärke durch das Bauteil

Diese Gleichung wird auch als ohmsches Gesetz bezeichnet.

Arbeit und Energie im elektrischen Feld

Befinden sich elektrisch geladene Körper oder Teilchen im elektrischen Feld und sind sie frei beweglich, so wirkt auf sie eine Feldkraft, die Arbeit an diesen Körpern bzw. Teilchen verrichtet. Will man umgekehrt geladene Körper oder Teilchen im Feld bewegen, so muss Arbeit verrichtet werden, wenn die Bewegung entgegen der Feldkraft erfolgen soll. Die erforderliche Feldkraft kann bei einfachen Feldformen berechnet werden.
Wird an geladenen Körpern oder Teilchen mechanische Arbeit verrichtet, so ändert sich ihre Energie. Dabei gilt für den Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie der allgemeine Zusammenhang W = Δ E .

Blitze und Blitzschutzanlagen

Blitze sind elektrische Entladungen zwischen Wolken bzw. zwischen einer Wolke und der Erdoberfläche. Die mittlere Stromstärke beträgt ca. 40.000 A bei einem Durchmesser der Blitze von 10 bis 20 cm, ihre Länge meist 2 bis 3 km und ihre Dauer weniger als 1 s. Weltweit werden 70 bis 100 Blitze in jeder Sekunde registriert.
Blitze können erhebliche Schäden hervorrufen. Um sich vor solchen Schäden zu schützen, werden in gefährdeten Gebieten an Gebäuden Blitzschutzanlagen angebracht. Vor Blitzen geschützt ist auch ein von Metall umgebener Raum, etwa eine Pkw-Karosserie. Sie wirkt wie ein FARADAY-Käfig. Elektronische Geräte oder Kabel werden durch eine metallische Ummantelung vor starken elektrischen Feldern abgeschirmt.

Charles Augustin de Coulomb

* 14.06.1736 in Angouleme (Südfrankreich)
† 23.08.1806 in Paris

COULOMB war französischer Physiker, der sich große Verdienste um die Entwicklung der Elektrizitätslehre erworben hat. Er entdeckte u.a. das coulombsche Gesetz, das eine quantitative Aussage über die Kraftwirkung auf geladene Körper im elektrischen Feld gestattet. Damit und mit anderen Untersuchungen führte maßgeblich quantitative Betrachtungen in die Elektrizitätslehre ein und knüpfte damit an NEWTONs Vorgehen an.

Elektrisches Feld der Erde

Neben einem magnetischen Feld besitzt die Erde auch ein elektrisches Feld. Da die Erdoberfläche negativ gegenüber der umgebenden Atmosphäre geladen ist, verlaufen die Feldlinien im Idealfall senkrecht zur Erdoberfläche und von dieser weg. Das elektrische Feld der Erde kann näherungsweise als Radialfeld angesehen werden. Die Feldstärke beträgt in Erdbodennähe im Durchschnitt 130 V/m. Durch Bebauung, Bäume und natürliche Unebenheiten treten erhebliche Deformationen des elektrischen Feldes der Erde auf, die durchaus auch von praktischer Bedeutung sind, etwa im Hinblick auf den Blitzschutz und das Auftreten weiterer luftelektrischer Erscheinungen wie Elmsfeuer.

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