Elektrostatik

Elektrische Ladungen mit unterschiedlicher Polarität ziehen sich gegenseitig an. Ladungen gleicher Polarität stoßen sich gegenseitig ab. Dafür müssen sich die Ladungen nicht berühren. Die Kraft auf diese Ladungen wird vom elektrischen Feld übertragen.

Elektrisches Feld

Getrennte elektrische Ladungen bewirken das elektrische Feld. Die Intensität des Felds hängt davon ab, wie viel Ladung Q getrennt ist und wie weit die Ladungen voneinander entfernt sind. Das Feld wird immer schwächer, je weiter wir uns von der Quelle entfernen. Nicht ausgeglichene Ladungen sind Quellen elektrischer Felder.

Die Wirkrichtung des elektrischen Feldes ist als Richtung der Kraft auf eine positive Testladung definiert. Bringen wir also eine positive Ladung in die Nähe einer anderen positiven Ladung, dann stoßen sich die Ladungen gegenseitig ab. Wären die Ladungen entgegengesetzt gepolt, würden sich die Ladungen anziehen.

Man kann Felder nicht sehen. Man kann aber die Wirkung eines Felds als Kraft spüren. Wird diese Kraft mit einer Testladung vermessen, können Intensität und Richtung der Kraft als Vektoren im Raum dargestellt werden. Die Richtung und Intensität dieser Kraft werden mit Feldlinien visualisiert. Feldlinien sind Pfeile im Raum, die die Kraft auf eine positive Testladung darstellen. Die Richtung der Kraft entspricht der Pfeilrichtung. Die Intensität entspricht der Dichte der Linien. In der unteren Abbildung sehen Sie die Felder einer positiven und einer negativen Punktförmigen Ladung im Raum.

Wir führen jetzt eine positive Testladung an eine positive Ladung heran (linke Abbildung). Die positive Ladung stößt die positive Testladung ab. Die Pfeile zeigen ja von der Ladung weg. Die Intensität der Abstoßung ist rund um die Ladung groß, denn hier sind viele Feldlinien zu sehen. Je weiter wir uns von der Ladung entfernen, desto weniger dicht sind die Feldlinien – die Intensität der Kraft sinkt.

Eine negative Ladung zieht die positive Testladung an. Deshalb zeigen die Pfeilrichtungen im rechten Bild ins Zentrum auf die negative Ladung hin.

Wir betrachten als nächstes zwei Ladungen im Raum, die gleich groß sind, aber unterschiedliches Vorzeichen aufweisen. Der Feldverlauf zwischen einer positiven und einer negativen Ladung im Raum sieht folgendermaßen aus:

Die Feldlinien zeigen von der positiven Ladung weg und zur negativen Ladung hin. Um den Verlauf der Feldlinien nachvollziehen zu können betrachten wir eine dritte positive Testladung, die an einer Stelle im Raum hinzugefügt wird. Die Kraftrichtung auf diese Testladung gibt die Richtung der Feldlinie an der Stelle an, wo die Ladung sich befindet.

An der gewählten Stelle ist der Abstand der Testladung von der positiven Ladung größer als von der negativen Ladung. Deshalb ist die abstoßende Kraft (blauer Pfeil) weniger lang als die anziehende Kraft (roter Pfeil). Die resultierende Kraft (dicker schwarzer Pfeil) ist die Tangente an der Feldlinie. Sie gibt die Richtung des Felds an dem Punkt an, an dem die blaue Testladung sich befindet.

Über Feldlinien wird die Richtung der Kraft beschrieben. Weil die Erde Dinge anzieht, weisen die Feldlinien des Gravitationsfelds der Erde in Richtung Erdmittelpunkt. Der Mond liegt innerhalb des Felds. Er wird von der Erde in Richtung der Feldlinien angezogen. Erde und Mond verhalten sich also wie eine negative Ladung im Raum, die eine positive Testladung anzieht.

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