Ein elektrisches Feld entsteht durch eine elektrische Ladung und beeinflusst den Raum um diese Ladung herum. Die Wirkung des Feldes ist nur für andere elektrische Ladungen spürbar. Befindet sich eine weitere elektrische Ladung im Feld einer ersten Ladung, erfährt diese eine elektrische Kraft.
Die Definition eines elektrischen Feldes, wie sie im Artikel über elektrische Felder erläutert wird, lässt sich nicht nur gedanklich erfassen, sondern auch bildlich vorstellen. Zur Veranschaulichung eines elektrischen Feldes werden Feldlinien dargestellt. Feldlinien sind Linien, die um eine elektrische Ladung gezeichnet werden, um deren Vorhandensein anzuzeigen. Da sie die Existenz eines elektrischen Feldes veranschaulichen sollen, besteht ein Zusammenhang zwischen diesen Linien und dem elektrischen Feld selbst. Anders ausgedrückt: Stärke und Richtung eines elektrischen Feldes lassen sich anhand eines Diagramms von Feldlinien erklären.
Es besteht folgender Zusammenhang zwischen Richtung und Stärke des elektrischen Feldes und den elektrischen Feldlinien:
ErstensDie Richtung des elektrischen Feldes verläuft von einer positiven Ladung weg und zu einer negativen Ladung hin. Daher verlaufen auch die elektrischen Feldlinien von der positiven Ladung weg und zur negativen Ladung hin. Befindet sich eine positive Ladung in der Nähe einer negativen Ladung, verlaufen die elektrischen Feldlinien von der positiven zur negativen Ladung. Befindet sich hingegen eine positive Ladung in der Nähe einer negativen Ladung, verlaufen die elektrischen Feldlinien von jeder positiven Ladung weg und voneinander weg.
Zweitens wird die elektrische Feldstärke durch den Abstand zwischen den elektrischen Feldlinien dargestellt. Je geringer der Abstand zwischen den elektrischen Feldlinien ist, desto größer ist die elektrische Feldstärke; je größer der Abstand zwischen den elektrischen Feldlinien ist, desto kleiner ist die elektrische Feldstärke.
Warum ist das elektrische Feld umso stärker, je dichter die Feldlinien beieinander liegen? Um dies zu verstehen, betrachten wir folgende Erklärung: Angenommen, eine positive Ladung befindet sich im Mittelpunkt einer Kugel, und die elektrischen Feldlinien strahlen in verschiedene Richtungen nach außen und durchdringen die Kugeloberfläche. Wenn die Anzahl der Feldlinien N beträgt und die Oberfläche der Kugel 4πr² ist, …2 Dann ist die Anzahl der Linien pro Flächeneinheit oder Liniendichte N/4πr2Gemäß dieser Formel gilt für dasselbe N: Wenn r kleiner ist, ist der Abstand zwischen den Linien geringer, und wenn r größer ist, ist der Abstand größer. Die Formel für die elektrische Feldstärke lautet E = kq/r.2 Es zeigt sich auch, dass die elektrische Feldstärke umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ist. Je kleiner r ist, desto größer ist die elektrische Feldstärke, und je größer r ist, desto kleiner ist die elektrische Feldstärke.
Aus der obigen Betrachtung lässt sich schließen, dass bei kleinerem r (näher an der Ladung) die elektrische Feldstärke größer und der Abstand zwischen den Feldlinien geringer ist. Umgekehrt gilt: Bei größerem r (weiter von der Ladung entfernt) ist die elektrische Feldstärke geringer und der Abstand zwischen den Feldlinien größer.
Drittens ist die Anzahl der elektrischen Feldlinien proportional zur elektrischen Feldstärke. Je mehr elektrische Feldlinien, desto größer die elektrische Feldstärke. Je weniger elektrische Feldlinien, desto kleiner die elektrische Feldstärke.
Beispiel für eine Frage
1. 2012/2013 SMA Physik-Nationalprüfungsfragen SA 55 Nr. 28
Aus der folgenden Ladungsabbildung, die die Kraftlinien auf zwei nahe beieinander liegende Ladungen zeigt, geht hervor, dass...
Diskussion
Elektrische Feldlinien, auch Kraftlinien genannt, verlaufen von einer positiven Ladung zu einer negativen Ladung. Wenn eine positive und eine negative Ladung einander angenähert werden, sehen die Kraftlinien wie in Antwort A aus.
Die richtige Antwort ist A.
2. 2012/2013 SMA Physik-Nationalprüfungsfragen SA 60 Nr. 28
Zwei elektrische Ladungen werden durch eine Verbindungslinie nahe zusammengeführt, wodurch elektrische Feldlinien entstehen. Das korrekte Bild ist…
Diskussion
Die richtige Antwort ist D.
3. 2012/2013 SMA Physik-Nationalprüfungsfragen SA 65 Nr. 28
Die korrekten Kraftlinien zwischen zwei Ladungen sind…
Diskussion
Die richtige Antwort ist D.
