Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

49 15.1 Elektrisches Feld Wir legen Hochspannung an zwei parallele Elektroden und beobachten das Verhalten der Grießkörner im Be- reich zwischen den Elektroden: Die Grießkörner haf- ten teilweise aneinander und bilden Ketten, die von einer Elektrode zur anderen verlaufen. Im Bereich zwischen den Elektroden herrschen elekt- rische Kräfte. Genaugenommen wirkt in jedem Punkt eine bestimmte elektrische Kraft auf die Grießkörner. Einen solchen Raum bezeichnen wir als ein elekt- risches Feld (electric field) . Die Grießkörner-Ketten deuten die ungefähre Richtung der elektrischen Kräf- te zwischen den Kondensatorplatten an: Sie stellen elektrische Feldlinien dar. Die Kraft auf ein Teilchen im elektrischen Feld hängt von der Ladung q des Teilchens und von der Feld­ stärke E ab: Um die elektrische Kraft kennen zu lernen, die zwi- schen zwei geladenen Teilchen wirkt, beobachten wir die Feldlinien, die von kleinen Elektroden („Punkt­ elektroden“) ausgehen. positive Elektrode negative Elektrode Grießkörner Abb. 49.1 Zwischen den geladenen Kondensatorplatten wer- den die Grießkörner an einem Ende negativ (zur positiven Elekt- rode hin) und am anderen Ende positiv (zur negativen Elektrode hin) geladen. Zwischen den Grießkörnern herrscht Anziehung. Coulomb´sches Kraftgesetz Wir übertragen das Ergebnis des letzten Modell­ versuches auf das elektrische Feld eines geladenen Teilchens. Die Feldlinien gehen radial vom Teilchen aus. Wenn wir annehmen, dass die elektrische Wir- kung unendlich weit reicht, so können die Feldlinien nicht einfach irgendwo im Raum enden. Das bedeu­ tet, dass durch jede Kugelschale umdas geladene Teil- chen gleich viele Feldlinien gehen. Dies formulieren wir im folgenden Ansatz: Feldstärke · Kugeloberfläche = const. E · 4 · r · r 2 = const. E r 4 1 2 $ $ + r Andererseits ist die Feldstärke proportional zur La- dung des Teilchens im Zentrum: E ~ Q Q … Ladung des Teilchens im Zentrum Zusammen erhalten wir: 4 E r Q 2 $ $ + r Setzen wir E in F = q · E ein, ergibt sich: F r Q q r Q q 4 4 1 2 2 $ $ $ $ $ $ + r r = 15.2 F = q · E F … elektrische Kraft q … Ladung des Teilchens E … elektrische Feldstärke Elektrische Kraft Versuch Elektrisches Feld zwischen einer Punkt- elektrode und einer Plattenelektrode Abb. 49.2 Wir beobachten die Grießkörner-Ketten, die sich im elektrischen Feld bilden. Aufgrund der elektrischen Kräfte in der Nähe der Punktelektrode drängen sich dort die Ketten zusammen. positive Elektrode Grießkörner negative Elektrode Versuch Elektrisches Feld einer Punktelektrode Abb. 49.3 Die Grießkörner bilden Ketten, die strahlenförmig von der Punktelektrode ausgehen. Die elektrischen Kräfte sind in der Nähe der Elektrode besonders groß. negative Elektrode Grießkörner Duch jede Kugel- schale um ein ge- ladenesTeilchen gehen gleich viele Feldlinien. geladener Körper Abb. 49.4 Elek- trisches Feld eines geladenen Teil- chens. Es wurde so festgelegt, dass die Linien von einem positiv geladenen Teilchen wegzeigen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv