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Der Begriff des elektrischen Feldes

Coulomb-Feld - Übungen

In den folgenden JPAKMA-Projekten können punktförmige Körper mit positiver oder negativer Ladung beliebig platziert werden. Die elektrische Feldstärke wird durch einen Vektorpfeil dargestellt, der verschoben und gestempelt werden kann. Außerdem kann ein feldlinienähnliches Bild des elektrischen Feldes erzeugt werden.

JPAKMA-Projekt: Coulomb-Feld - Abhängigkeit der Feldstärke vom Abstand

Arbeitsauftrag

Platzieren Sie in dem Applet eine negative Ladungseinheit (rot) auf der weißen Fläche und betrachten Sie mit Hilfe des Feldstärkepfeils das Feld an verschiedenen Orten. Bestätigen Sie so, dass es sich um ein radiales Feld handelt, d.h. der Feldstärkevektor zeigt immer genau zur Ladung hin.

Sie können außerdem beobachten, dass die Feldstärke (Länge des Pfeils) mit zunehmendem Abstand rasch abnimmt und dass die Feldstärke bei konstantem Abstand aber unterschiedlichen Winkeln zur Ladung ihren Betrag (Länge des Pfeils) beibehält.

Hinweis: In unmittelbarer Nähe der Ladung vergrößert sich aus zeichnerischen Gründen die Länge des Pfeiles nicht mehr, sondern bleibt konstant.

Abb.1

Untersuchen Sie auf dieselbe Weise das Feld einer positiven Ladungseinheit (blau). Die Feldstärke unterscheidet sich hier nur in einer Hinsicht vom Feld der negativen Ladung. In welcher?

Die Feldstärke zeigt in die entgegengesetzte Richtung.

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Arbeitsauftrag

Ziehen Sie eine negative Ladungseinheit (rot) genau über die vorhandene positive (blau). Was beobachten Sie?

Die Ladungen kompensieren sich und die Feldstärke ist an jedem Punkt null.

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JPAKMA-Projekt: Coulomb-Feld - Abhängigkeit der Feldstärke vom Ladungsbetrag

Arbeitsauftrag

Tasten Sie wieder das Feld einer einzelnen negativen Ladungseinheit (rot) ab und stempeln Sie den Feldstärkepfeil an einigen Stellen Ihrer Wahl, jedoch nicht zu nah an der Ladung, da hier die Pfeillänge aus zeichnerischen Gründen nicht mehr proportional zur Feldstärke gezeichnet wird.

Ziehen Sie dann eine zweite negative Ladungseinheit genau über die erste. Damit erhalten Sie das Feld einer doppelt so großen Ladung. Bestätigen Sie, dass es sich weiterhin um ein Radialfeld handelt.

Ziehen Sie den Pfeil an die Stellen, an denen Sie zuvor den Pfeil gestempelt haben. Bestätigen Sie, dass sich die Feldstärke nun genau verdoppelt hat, d.h. die Richtung des Pfeiles ist gleich geblieben, aber seine Länge ist doppelt so groß.

Sie können diesen Versuch mit unterschiedlichen Beträgen und Vorzeichen der Ladung wiederholen.

Abb.2

JPAKMA-Projekt: Coulomb-Feld - Vergleich mit Realexperiment

Arbeitsauftrag

In diesem Applet sehen Sie die Fotografie eines mit Hilfe von Grießkörnern sichtbar gemachten Feldes einer punktförmigen geladenen Elektrode. Reproduzieren Sie dieses Feldbild mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Ladungseinheiten.

Gibt es mehrere Arten, das fotografierte Feldbild nachzustellen? Welche? Was schließen Sie daraus bezüglich der Aussagekraft des Grießkörnerbildes?

Abb.3

Die Punktladung kann positiv oder negativ sein oder sie kann aus mehreren positiven oder negativen Ladungen zusammengesetzt werden. Das Grießkörnerbild ermöglicht also nur eine Aussage über die Richtung, nicht aber über die Stärke des Feldes. Das heißt, es ist nicht möglich, anhand des Grießkörnerbildes auf das Vorzeichen und den Betrag der Ladung zu schließen.

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