Kontrollfragen:

-      Was ist das elektrische Feld?

-      Was ist die Bedeutung der Feldlinien?

-      Was ist das Besondere an einer Vektorgröße?

-      Was ist der Unterschied zwischen dem elektrischen Feld und der elektrischen Feldstärke?

Lösungen der Kontrollfragen:

Das elektrische Feld

Was wissen wir bereits aus der Mittelstufe? Ganz grob:

-           gleichnamige Ladungen stoßen sich ab

-           ungleichnamige Ladungen ziehen sich an

Hieraus können wir folgern, dass zwischen diesen Ladungen Kräfte wirken müssen. Dieses Phänomen ist euch bereits von einem anderen Themengebiet bekannt: dem Magnetfeld. Die Pole verhalten sich wie Ladungen bzgl. des Anziehens und Abstoßens und auch hier wirken natürlich Kräfte zwischen den Polen. Das Magnetfeld überträgt diese Kraft. Genauso ist es beim elektrischen Feld. Es ist der Kraftüberträger zwischen den Ladungen.

Die Stärke des elektrischen Feldes nennen wir elektrische Feldstärke. Sie gibt uns an wie groß die Kraft pro Ladung an einer Stelle des Raumes ist. In einer Formel aufgeschrieben:

\begin{align} \left|\vec{E}\right|&=\frac{\left|\vec{F}\right|}{q}\\\ \left[E\right]&=1\,\frac{\text{N}}{\text{C}} \end{align}

Wie man auf diese Definition kommt, könnt ihr euch im Video „Pendel im Kondensator“ genauer anschauen. Wichtig ist, dass das $q$ in der Formel für eine kleine, positive Probeladung steht. Diese Probeladung muss so klein sein, dass sie das elektrische Feld nicht beeinflusst bzw. verändert. Für euch bedeutet das, dass ihr die Formel nur für kleine Ladungsportionen verwenden dürft.

Analog zu dieser Formel, kann man auch die Formel für die Gewichtskraft (also einem Körper im Schwerefeld der Erde) betrachten: $g=\frac{F}{m}$

Hier wird der Einfluss des Feldes durch die Kraft pro Masse beschrieben.

Wichtig: Die elektrische Feldstärke ist eine Vektorgröße (deshalb auch die Betragsstriche in der oberen Formel). Das elektrische Feld wird an jedem Punkt im Raum durch einen Vektor beschrieben. Ein Vektor kann durch einen Pfeil dargestellt werden. Seine Länge (Betrag) gibt an, wie groß die Kraft ist, die auf unsere Probeladung wirkt. Die Richtung des Pfeiles gibt an in welche Richtung diese Kraft wirkt. Im Schulalltag werden meist spezielle Felder betrachtet, bei denen dieser Vektor immer in die gleiche Richtung zeigt und überall gleich lang ist (homogenes Feld). Dann interessiert uns nur der Betrag des Vektors. Im Folgenden werden wir deshalb den Vektorpfeil und die Betragsstriche weglassen (wir sind ja schließlich faul).

Um nicht in Schwierigkeiten mit der Notation zu geraten, werden wir in diesem Kapitel die alte Bezeichnung für die Energie benutzen: den Buchstaben W („work“), anstatt E.

Die Richtung unserer elektrischen Feldstärke ist, wie bereits erwähnt, die Richtung der elektrischen Kraft. Diese wirkt tangential zu den elektrischen Feldlinien (Feldlinien kennt ihr vom Magnetismus aus der Mittelstufe). Da die Kraft auf eine positive Probeladung wirkt und die Feldlinien in die Richtung dieser Kraft zeigen, werden die Pfeile der Feldlinien von + nach – markiert. Als kleine Eselsbrücke: Die technische Stromrichtung hat die gleiche Richtung.

Kurzübersicht zu den Feldlinien:

-           von + nach -, wie die technische Stromrichtung

-           keine Schnittpunkte

-           je dichter die Feldlinien, desto stärker ist die elektrische Feldstärke

-           leitendes Material: Feldlinien verschieben sich, so dass das elektrische Feld senkrecht zur Oberfläche steht

-           die Kraft F wirkt tangential zu den Feldlinien

-           Richtung und Betrag des Kraftvektors an allen Orten gleich: homogenes Feld