Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Elektrisches Feld In diesem Kapitel erfährst du − wie Kräfte zwischen elektrischen Ladungen wirken, − wie Felder Kräfte übertragen, − wie sich Felder sich im Raum ausbreiten, − was man unter der elektrischen Spannung versteht, − welche wichtige Rolle elektrische Felder für die belebte und unbelebte Natur spielen. 4 93.1 Blitze faszinieren immer – als Gewitter in der Natur oder als Vorführung im Museum. ? Wie entstehen sie? 4.1 Felder übertragen Kräfte Experiment: Ladungstrennung 93.1 E 1 Du brauchst: Zwei Stück Kunststofffolie Presse beide Folien fest aneinander und ziehe sie dann rasch von einander ab. Bringe sie danach ohne gegenseitige Berührung einander wieder näher. Was be- obachtest du? Wie wird die Kraft zwischen Ladungen übertragen? Im Alltag ist meist ein materi- eller Kontakt notwendig, um Kräfte zu übertragen. Das Experiment mit den Folien zeigt uns, dass ein direkter Kontakt nicht notwendig ist ( 93.2 ). Die historische Entwicklung des Feldbegriffes Ein wesentliches Ziel der Physik ist es, die grundlegenden Wechselwirkungskräfte in der Natur zu erforschen. Wir haben über Gravitationskräfte und elektrische Kräfte gelernt, dass diese Kräfte auch über große Entfernungen wirken. I SAAC N EWTON (1642–1727) wurde belächelt, als er erklärte, dass Gravitationskräfte zwi- schen Mond und Erde wirken, ohne dass es eine direkte Verbindung zwischen die- sen Körpern gibt. Er postulierte in seinem universellen Gravitationsgesetz die verzögerungsfreie Ausbreitung der Schwerkraft zwischen Sonne und Planeten durch den leeren Raum hindurch, ohne eine Annahme zu treffen, wie dies physi- kalisch erfolgen könnte. Erst der englische Physiker M ICHAEL F ARADAY (1791–1867) fand eine bis heute gülti- ge Beschreibung, wie elektrische Kräfte übertragen werden. Nach seiner Vorstel- lung wird der gesamte Raum durch das Vorhandensein von elektrischen Ladungen in seinen physikalischen Eigenschaften verändert. Er trägt ein elektrisches Feld ( 93.4 ). Die vorhandenen Ladungen sind die Ursache des elektrischen Feldes , man nennt sie auch die Quellen des Feldes. Sie rufen in ihrer Umgebung elektrische Kraftwir- kungen hervor: Wenn man einen weiteren geladenen Körper in das Feld bringt, dann wirkt in jedem beliebigen Ort auf ihn eine elektrische Kraft. J AMES C LERK M AXWELL (1831–1879) baute Faradays Vorstellungen aus. Er konnte vor- hersagen, dass sich elektrische und magnetische Felder im leeren Raum mit Licht- geschwindigkeit ausbreiten. Wenn daher eine Quelle des Feldes bewegt wird, so zeigt sich die Änderung des Feldes an einem anderen Ort erst später. H EINRICH H ERTZ (1857–1894) konnte dies im Jahr 1886 experimentell bestätigen. Das Feld- konzept hatte sich damit in der Physik endgültig durchgesetzt. Analog wird die gegenseitige Anziehung von Körpern durch ein Gravitationsfeld erklärt, dessen Ursache die Massen der Körper sind. Die Relativitätstheorie Albert Einsteins betrachtet das Feld als eine fundamentale Struktureigenschaft von Raum und Zeit. Die Massenverteilung im Universum bestimmt die Gravitationsfelder, die- se beeinflussen die Geometrie des Raumes und führen zur „Raum-Krümmung“. 93.2 Elektrische Kräfte wirken auch ohne Kontakt zwischen Körpern 93.3 M ICHAEL F ARADAY (1791–1867) führte die Begriffe elektrisches und magnetisches Feld ein. Er entdeckte die Induktion und fand die Gesetze der Elektrolyse. 93.4 Faraday sah in den Feldlinien den Mechanismus zur Übertragung von Kräften. Das Bild zeigt Feldlinien zwischen einer positiven und einer negativen Ladung. 93 | FELDER Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv