Wir wollen eine Formulierung finden, die die Stärke der elektrostatischen Kraft als eine Feldgrösse mal die Ladung der Testladung beschreibt, also = q. Damit haben wir eine Beschreibung der Elektrostatik, die unabhängig von der Testladung ist. Genauer formuliert hat man
| (2.1) |
Wir definieren
ist das elektrische Feld und somit auch der Feldvektor des elektrischen Feldes3 . Die Einheit von ist [] = NC-1 = Vm-1.4
E∕ = | |
Stromleitung in Wohnhäusern | 10-2 |
Radiowellen | 10-1 |
Atmosphäre | 102 |
Sonnenlicht | 103 |
Unter einer Gewitterwolke | 104 |
In einer Röntgenröhre | 106 |
Laser | bis 1012 |
Am Ort des Elektrons im Wasserstoffatom | 6·1011 |
Auf der Oberfläche eines Urankerns | 2·1021 |
Eine Verteilung von N + 1 Ladungen qi(i) hat das elektrische Feld
| (2.3) |
Die obige Gleichung gilt für alle i ⇔ ,i = 0…N. Für kontinuierliche Ladungsverteilungen führt man eine Ladungsdichte
| (2.4) |
ein. Das resultierende elektrische Feld ist dann
| (2.5) |
Versuch zur Vorlesung: Elektrische Feldlinien (Versuchskarte ES-4)
Feldlinien dienen zur Visualisierung des elektrischen Feldes. Formal konstruiert man eine Feldlinie, indem man von einem Ausgangspunkt aus den Vektor des elektrischen Feldes abträgt und dann vom neuen Startpunkt aus wieder gleich verfährt. Zeichnet man quer zu den Feldlinien eine Linie und zählt, wie viele Feldlinien man pro Längeneinheit hat, ist dies ein Mass für die Feldstärke. Das Konzept der Feldlinien stammen von Michael Faraday.
Versuch zur Vorlesung: Applet: elektrostatische Felder (Versuchskarte )
Link zur Vorlesung:(Applet: elektrostatische Felder)
Wenn das elektrische Feld die einzige Ursache der Beschleunigung ist, dann gilt
| (2.6) |
Ladungen, die aus der Ruhe durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, folgen den Feldlinien. Elektrische Felder, die eine Ladung q mit der Masse m ablenken, erlauben q∕m zu bestimmen.