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Der Begriff des elektrischen Feldes

Kraft im elektrischen Feld

Experiment

In einem Experiment wird eine geladene Kugel in das Feld eines Plattenkondensators gehängt. Anhand der Auslenkung der Kugel kann die Kraft bestimmt werden, die auf sie wirkt. Wir messen die Auslenkung für verschiedene Ladungen q , 2 q , 3 q der Kugel bei sonst gleichen Bedingungen und berechnen daraus die jeweils wirkende Kraft.

Abb.1
Geladene Kugel im Feld eines Plattenkondensators

Auswertung

Als Ergebnis der Messung erhalten wir eine Proportionalität zwischen der Kugelladung und der auf die Kugel wirkenden Kraft.

In einer Vielzahl weiterer Experimente und Messungen dieser Art wurde gezeigt, dass der Betrag der Kraft, die auf einen geladenen Körper in einem elektrischen Feld wirkt, proportional zur Ladung des Körpers ist:

F q

Um diesen Sachverhalt quantitativ beschreiben zu können, definiert man nun die elektrische Feldstärke E durch die Kraft auf ein geladenes Teilchen pro Ladung des Teilchens. Da die Kraft ein Vektor ist, die Ladung q aber eine skalare Größe, muss die elektrische Feldstärke ebenfalls eine vektorielle Größe sein.

Kraft im elektrischen Feld
Die Kraft auf einen Körper mit der Ladung q im elektrischen Feld E am Ort r ist:
F ( r ) = E ( r ) q
Die Einheit der Feldstärke ist damit Newton pro Coulomb:
[ E ] = 1 N C-1
Es gibt noch andere Möglichkeiten die Einheit der Feldstärke zu definieren, die physikalisch gleichwertig zu dieser Definition sind. Eine alternative Formulierung der Feldstärke-Einheit werden wir später kennen lernen.

Die Größe der elektrischen Feldstärke wird eingeführt, damit das Feld ohne die Größe q der Probeladung beschrieben werden kann. Im Gegensatz zur auf q wirkenden Kraft F ist die Feldstärke E unabhängig von der Probeladung.

Die Bestimmung der Feldstärke von verschiedenen Ladungsanordnungen ist das Ziel der folgenden Abschnitte. Ist die Feldstärke bekannt, können daraus Aussagen über die wirkenden Kräfte gewonnen werden.

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