Big Bang Physik 6, Schulbuch

7b2xg9 94  Felder Das elektrische Feld 25  In der Physik tauchen immer wieder neue Fachbegriffe auf. Die meisten sind dir aus dem Alltag nicht bekannt, wie zum Beispiel der Begriff Interferenz (siehe Kap. 18.6, S. 40). Besonders schwierig ist es aber mit physikalischen Begriffen, die du aus dem Alltag mit einer anderen Bedeutung kennst. Der in der Physik sehr wichtige Begriff „Feld“ ist ein Beispiel dafür. Im Alltag spricht man etwa von einem Fußballfeld, einem Weizenfeld oder von einem Feld in einem Formular. In der Physik hat das Wort aber eine andere Bedeutung. Dort versteht man unter einem Feld, dass man jedem Punkt eines Raumes eine bestimmte Eigenschaft zuordnen kann. Weil das ziemlich abstrakt klingt, schauen wir uns zuerst zwei konkrete Beispiele für Felder an, bevor wir uns das elektrische Feld vornehmen. 25.1 Hochdruck über Österreich Der Feldbegriff In diesem Abschnitt geht es darum, den Begriff Feld anhand einiger Beispiele besser verstehen zu lernen. Und wir wer- fen auch einen kurzen Blick auf die „Kraftfelder“ in Science- Fiction-Filmen und PC-Games. Abbildungen wie die unten kennst du aus dem Wetterbericht. Aber was ist da eigentlich genau dargestellt? Und was könnte diese Wetterkarte mit dem physikalischen Feldbegriff zu tun haben? Was versteht man unter den Begriffen Vektor und Skalar? Lies nach in Kap. 3.1, „Big Bang 5“. Woher weiß zum Bespiel ein Satellit, wie er um die Erde fallen muss? Warum ist die Bahn unter gleichen Bedingungen immer gleich? Versuche mit Hilfe des Feldbegriffs zu antworten. In Science-Fiction-Filmen und PC-Games gibt es künstliche „Kraftfelder“, mit denen man sich schützen oder etwas absperren kann. Könnte das aus physikali- scher Sicht funktionieren und wenn ja, wie? F1 S2 Abb. 25.1:  Die Zahlen auf den Linien geben den Druck in hPa an, die Farben die Temperatur. F2 W1  F3 E2  F4 S2 Abb. 25.2:  Ein aktiviertes „Kraftfeld“ In der Wetterkarte (Abb. 25.1) sind jedem Ort eine be- stimmte Temperatur und ein bestimmter Druck zugeordnet. Physikalisch gesehen sind also in der Karte übereinander zwei Felder dargestellt, nämlich ein Temperatur- und ein Druckfeld ( F1 ). In beiden Fällen handelt es sich um ein Skalarfeld ( F2 ; Tab. 25.1). Klar, in welche Richtung sollte die Temperatur auch zeigen? Ein dir bereits bekanntes Feld ist das Gravitationsfeld (siehe Kap. 10.2, „Big Bang 5“). Es handelt sich dabei um ein Kraft- feld. Nehmen wir mal die Erde. An jedem Punkt in ihrer Umgebung hat die Gravitationskraft eine exakt bestimm- bare Richtung und Größe. Es gibt keinen Punkt, an dem es eine unbestimmbare Kraft gibt. Jeder Satellit fällt somit durch ein exakt bestimmbares Gravitationsfeld, und des- halb kann man seine Bahn auch exakt berechnen ( F3 ; Abb. 25.3). Weil eine Kraft durch einen Vektor dargestellt wird, handelt es sich beim Gravitationsfeld um ein Vektor- feld. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Kraftfelder darzustel- len. Oft zeichnet man die Feldlinien ein (Abb. 25.3). Das sind gedachte Linien, die die Richtung der Gesamtkraft an jedem Punkt des Raumes anzeigen. Die Dichte der Feldlinien gibt die Stärke der Kraft an. In der Nähe der Erdoberfläche sind sie dichter, und dort ist somit auch die Gravitationskraft grö- ßer. Wie viele Feldlinien man in eine Abbildung einzeichnet, ist reine Geschmackssache und ändert nichts an den Kraft- verhältnissen. Warum? Verdoppelt man die Linienanzahl, dann verdoppeln sie sich an jeder Stelle des Feldes, wo- durch die relativen Verhältnisse gleich bleiben. Um jede Masse befindet sich ein Gravitationsfeld und um jede Ladung ein elektrisches Feld . Auch bei diesem handelt es sich um ein Kraftfeld (Tab. 25.1). Das kann man mit Grießkörnern im Hochspannungsfeld sehr schön zeigen (Abb. 25.4). Abb. 25.3:  Die Ellipsen- bahn eines Satelliten im Gravitationsfeld der Erde: Die Feld- linien geben die Richtung der Kraft an. An einigen Punk- ten sind zusätzlich die Kraftvektoren eingezeichnet. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv