Elektrisches Feld Body

In der Umgebung eines elektrisch geladenen Körpers bzw. zwischen zwei elektrisch geladenen Körpern besteht ein elektrisches Feld. So bezeichnet man den Raum, in dem die Kräfte der geladenen Körper wirken.

Bei vielen Nichtleitern (Bernstein, Glas, Hartgummi u.a.) kann durch Reibung die Oberfläche elektrisch geladen werden. Der Oberfläche werden bei diesem Vorgang Elektronen entzogen oder zugeführt:

Elektronenmangel: Körper ist positiv geladen
Elektronenüberschuß: Körper ist negativ geladen

Gleichnahmig geladene Körper stoßen einander ab, ungleichnahmig geladene Körper ziehen einander an.

Aus diesem Grund sitzen die Ladungen leitender Körper stets an der Oberfläche. Das Innere ist ladungs- und damit feldfrei. Die Verteilung der Ladungen ist ungleich. An stärker gekrümmten Stellen sitzen sie dichter. An Spitzen und Kanten können sie so dicht sitzen, daß sie die Luft ionisieren und den Körper verlassen (Spitzenwirkung).
Die gleichnahmig verteilten Elektronen eines ungeladenen Leiters sammeln sich auf einer Körperhälfte unter der Wirkung der Kräfte eines in die Nähe gebrachten geladenen Körpers (Influenz).

Demnach werden auch neutrale Körper angezogen. Der Nachweis der Ladung kann nur durch Abstoßung erfolgen.
Nachweis und Messung der Ladung erfolgen mit Elektrometern. Auch ruhende Ladungen werden (ebenso wie fließende) in Coulomb [C] oder Ampéresekunden [As] angegeben.
Ein elektrisches Feld wird durch elektrische Kraftlinien oder Feldlinien dargestellt.

Die Feldlinien geben in jedem Punkt eines elektrischen Feldes die Richtungen der dort wirkenden Kraft an.

Eigenschaften:

Sie verlaufen von der positiven zur negativen Ladung, haben also Anfang und Ende.
Sie treten stets senkrecht aus der Oberfläche eines leitenden Körpers aus.
In Richtung der Feldlinien herrscht ein Zug, quer zu ihnen ein Druck.
Je nach Verlauf des Feldes nennt man das Feld radial, homogen (bei parallelen Feldlinien) oder inhomogen (bei nichtparallelen Feldlinien).

Die Stärke eines elektrischen Feldes wird durch die Kraft ausgedrückt, die auf eine Punktladung in diesem Feld wirkt.

Unter der Feldstärke versteht man das Verhältnis der auf eine Ladung im Feld wirkenden Kraft zur Größe dieser Ladung.

Entsprechend der Definition ist die elektrische Feldstärke eine vektorielle Größe, d. h., sie ist durch Betrag und Richtung bestimmt. Da es bei Berechnungen nur auf den Betrag ankommt, wurde in der Schreibweise der folgenden Gleichungen der vektorielle Charakter nicht berücksichtigt.

Wenn	E	elektrische Feldstärke in V/m,
	F	Kraft, die im Feld auf eine Ladung Q wirkt, in N,
	Q	Ladung im Feld in C,

Beachte:
In inhomogenen Feldern ist die Kraft örtlich verschieden, die Gleichung liefert deshalb nur bei homogenen Feldern die für das gesamte Feld geltende Feldstärke.

Wenn	E	elektrische Feldstärke eines homogenen Feldes in V/m,
	d	Abstand der beiden geladenen Platten, zwischen denen das Feld existiert, in m,
	U	Spannung zwischen diesen Platten in V,

Die auf einen geladenen Körper (z.B. Platten eines Kondensators) gebundenen Ladungen bestimmen die Größe der herrschenden Feldstärke.

Unter der Verschiebungsdichte versteht man das Verhältnis der Ladung zur Größe der geladenen Fläche.

Wenn	D	Verschiebungsdichte in C/m²,
	Q	Ladung, gebunden auf den Platten in C,
	A	Fläche der Platte in m²,

Verschiebungsdichte und Feldstärke müssen (als Ursache und Wirkung) einander proportional sein.

Wenn	D	Verschiebungsdichte in C/m²,
	E	elektrische Feldstärke in V/m,
		elektrische Feldkonstante = 8,85 * 10^-12 As/Vm,

Beachte:
Aus D=Q/A ergibt sich mit Q=DA die auf der gesamten Fläche gebundene Ladungsmenge. Man bezeichnet sie mit Verschiebungsfluß und gibt sie in Ampéresekunden (As) an.

Mit Hilfe der Verschiebungsdichte läßt sich die Feldstärke an der Oberfläche von Leitern bestimmen.

Wenn	E	elektrische Feldstärke in V/m,
	Q	auf die Oberfläche gebundene Ladung in C,
		elektrische Feldkonstante = 8,85 * 10^-12 As/Vm,
	r	Kugelradius in m,

Über die Kapazität ergibt sich ein weiterer Ausdruck für die Feldstärke auf der Kugeloberfläche.

Wenn	E	elektrische Feldstärke in V/m,
	U	Spannung einer freistehenden Kugel gegenüber Erde in V,
	r	Radius dieser Kugel in m,

Beachte:
Bei einem geladenen Körper mit gekrümmter Oberfläche ist die Feldstärke dem Krümmungsradius umgekehrt proportional. Diese als Spitzenwirkung (Spitzenentladung) bekannte Erscheinung führt zu Entladungen an Stellen mit kleinem Krümmungsradius.

Quelle: Kuchling, Physik-Formeln und Gesetze, VEB Fachbuchverlag Leipzig 1982.
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