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
Das elektrische Feld der Ladung Q ist durch
gegeben. |
ist das elektrische Feld und somit auch der Feldvektor des elektrischen
Feldes3 . Die Einheit von
ist [
] = NC−1 = Vm−1.4
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E∕![]() ![]() |
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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 |
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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.
Feldlinien laufen von der positiven Ladung zu der negativen Ladung. |
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Feldlinien. Links von einer positiven Ladung, rechts von einer negativen Ladung. Die Feldlinien zeigen von der positiven Ladung zu der negativen Ladung.
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Versuch zur Vorlesung: | |
Applet: elektrostatische Felder (Versuchskarte ) | |
Link zur Vorlesung:(Applet: elektrostatische Felder)
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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.