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Elektrische Feldstärke


Physikalische Größe
Name Elektrische Feldstärke
Formelzeichen der Größe [math]\vec{E}[/math]
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI V·m−1 M·L·I−1·T−3
CGS g1/2·cm−1/2·s−1 M1/2·L−1/2·T−1

Die physikalische Größe elektrische Feldstärke beschreibt die Stärke und Richtung eines elektrischen Feldes, also die Fähigkeit dieses Feldes, Kraft auf Ladungen auszuüben. Sie ist ein Vektor und ist in einem gegebenen Punkt definiert durch

[math]\vec{E}=\frac{{\vec{F}}}{q}\,[/math].

[math]q[/math] steht für eine kleine Probeladung, die sich am gegebenen Ort befindet, [math]\vec{F}[/math] ist die auf diese Probeladung wirkende Kraft. Diese Definition ist wegen der Proportionalität von Kraft und Ladung sinnvoll.

Jedem Punkt des Raumes ist ein bestimmter Betrag und eine bestimmte Richtung des elektrischen Feldes zugeordnet. In Feldlinienbildern verlaufen die Linien an jedem Ort in Richtung des Feldes, von positiven zu negativen Ladungen; an der Liniendichte (im Raum) lässt sich der Betrag der Feldstärke ablesen.

Einheit

Die SI-Einheit der elektrischen Feldstärke [math]\vec {E}[/math] ist Newton pro Coulomb oder Volt pro Meter. Es gilt:

[math]\mathrm{\frac{N}{C} = \frac{J}{C\cdot m} = \frac{W\,s}{A\,s\cdot m} = \frac{V\,A\cdot s}{A\,s\cdot m} = \frac{V}{m}}[/math]

Größenvorstellung zur elektrischen Feldstärke [1]

Bereich Elektrische Feldstärke E
Atmosphäre 100 bis 200 V/m
Farbfernseher 400 V/m
Durchschlagfestigkeit der Luft 3 MV/m
Kondensator 1 bis 10 MV/m

Zusammenhang mit der elektrischen Flussdichte

Ebenfalls zur Beschreibung des elektrischen Feldes verwendet wird die elektrische Flussdichte [math]\vec{D}[/math], früher auch als Verschiebungsdichte bezeichnet, die über die Materialgleichungen mit der elektrischen Feldstärke [math]\vec{E}[/math] verknüpft ist. Im Vakuum gilt die Beziehung

[math]\vec{D} = \varepsilon_0 \vec{E}[/math]

mit der elektrischen Feldkonstanten [math]\varepsilon_0[/math].

Zusammenhang mit dem Potential

In vielen Fällen lässt sich die elektrische Feldstärke über das zugehörige Potential berechnen. Im Rahmen der Elektrostatik ist die elektrische Feldstärke gleich dem negativen Gradienten des (skalaren) elektrischen Potentials [math]\Phi[/math]:

[math]\vec{E}(\vec{r}) = -\nabla\Phi(\vec{r})[/math]

Die entsprechende allgemeinere Gleichung der Elektrodynamik berücksichtigt auch das Vektorpotential [math]\vec{A}[/math] und die Zeitabhängigkeit:

[math]\vec{E}(\vec{r},t) = -\nabla\Phi(\vec{r},t) - \frac{\partial}{\partial t}\vec{A}(\vec{r},t)[/math]

Literatur

  • Adolf J. Schwab: Begriffswelt der Feldtheorie: Praxisnahe, anschauliche Einführung. Elektromagnetische Felder, Maxwellsche Gleichungen, Gradient, Rotation, Divergenz. 6. Auflage. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42018-5.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Vgl. Altmann/Schlayer, 2003, S. 34

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Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische Feldstärke (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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