Materie & Energie

elektrisches Feld | Definition, Einheiten & Fakten

Elektrisches Feld , einelektrische Eigenschaft, die jedem Punkt im Raum zugeordnet ist, wenn Ladung in irgendeiner Form vorhanden ist. Die Größe und Richtung des elektrischen Feldes werden durch den Wert von E ausgedrückt , der als bezeichnet wirdelektrische Feldstärke oder elektrische Feldstärke oder einfach das elektrische Feld. Die Kenntnis des Wertes des elektrischen Feldes an einem Punkt ohne spezifische Kenntnis dessen, was das Feld erzeugt hat, ist alles, was erforderlich ist, um zu bestimmen, was mit elektrischen Ladungen in der Nähe dieses bestimmten Punktes geschehen wird.

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Der Wert des elektrischen Feldes an einem Punkt im Raum entspricht beispielsweise der Kraft, die an dieser Position auf eine Einheitsladung ausgeübt würde ...

Anstatt die elektrische Kraft als direkte Wechselwirkung zweier elektrischer Ladungen in einem Abstand voneinander zu betrachten, wird eine Ladung als Quelle eines elektrischen Feldes betrachtet, das sich nach außen in den umgebenden Raum erstreckt, und als die Kraft, die auf eine zweite Ladung in diesem Raum ausgeübt wird wird als direkte Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Feld und der zweiten Ladung angesehen. Die Stärke eines elektrischen Feldes E an einem beliebigen Punkt kann als die elektrische oder Coulomb- Kraft F definiert werden, die pro Einheit positive elektrische Ladung q an diesem Punkt ausgeübt wird, oder einfach E = F / q. Wenn die zweite oder Testladung doppelt so groß ist, wird die resultierende Kraft verdoppelt; aber ihr Quotient, das Maß des elektrischen Feldes E , bleibt an jedem gegebenen Punkt gleich. Die Stärke des elektrischen Feldes hängt von der Quellenladung ab, nicht von der Testladung. Streng genommen verändert die Einführung einer kleinen Testladung, die selbst ein elektrisches Feld aufweist, das vorhandene Feld geringfügig. Das elektrische Feld kann als die Kraft pro Einheit positiver Ladung angesehen werden, die ausgeübt werden würde, bevor das Feld durch das Vorhandensein der Testladung gestört wird.

Die Richtung der Kraft, die auf eine negative Ladung ausgeübt wird, ist entgegengesetzt zu der Richtung, die auf eine positive Ladung ausgeübt wird. Da ein elektrisches Feld sowohl Größe als auch Richtung hat, wird die Richtung der Kraft auf eine positive Ladung willkürlich als Richtung des elektrischen Feldes gewählt. Da sich positive Ladungen gegenseitig abstoßen, ist das elektrische Feld um eine isolierte positive Ladung radial nach außen ausgerichtet. Wenn sie durch Kraftlinien dargestellt werden, oderFeldlinien , elektrische Felder werden so dargestellt, dass sie mit positiven Ladungen beginnen und mit negativen Ladungen enden. Eine Linie, die eine Feldlinie tangiertgibt die Richtung des elektrischen Feldes an diesem Punkt an. Wo die Feldlinien nahe beieinander liegen, ist das elektrische Feld stärker als dort, wo sie weiter voneinander entfernt sind. Die Größe des elektrischen Feldes um eine elektrische Ladung, die als Quelle des elektrischen Feldes betrachtet wird, hängt davon ab, wie die Ladung im Raum verteilt ist. Für eine Ladung, die fast an einem Punkt konzentriert ist, ist das elektrische Feld direkt proportional zur Ladungsmenge; es ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, die radial vom Zentrum der Quellenladung entfernt ist, und hängt auch von der Art des Mediums ab. Das Vorhandensein eines materiellen Mediums verringert das elektrische Feld immer unter den Wert, den es im Vakuum hat.

Manchmal kann sich das elektrische Feld selbst von der Quellenladung lösen und geschlossene Schleifen bilden, wie im Fall von Ladungen, die die Sendeantenne eines Fernsehsenders auf und ab beschleunigen . Das elektrische Feld mit einer begleitenden Magnetfeld wird vermehrt durch den Raum als eine Strahlungswelle mit der gleichen Geschwindigkeit wie die von Licht . Solche elektromagnetischen Wellen zeigen an, dass elektrische Felder nicht nur aus elektrischen Ladungen, sondern auch aus sich ändernden Magnetfeldern erzeugt werden.

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Der Wert des elektrischen Feldes hat Kraftdimensionen pro Ladungseinheit. In den Metern-Kilogramm-Sekunden- und SI-Systemen sind die geeigneten Einheiten Newton pro Coulomb, was Volt pro Meter entspricht . In dem Zentimeter-Gramm-Sekunden-System wird das elektrische Feld in Dyn-Einheiten pro elektrostatischer Einheit (esu) ausgedrückt, was Statvolt pro Zentimeter entspricht.