Elektrische Feldstärke

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

$ {\vec {E}}={\frac {\vec {F}}{q}}\, $.

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

Die Länge der Pfeile ist ein Maß für die Feldstärke an ausgewählten Punkten.

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 $ {\vec {E}} $ ist Newton pro Coulomb oder Volt pro Meter. Es gilt:

$ \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}}} $

Größenvorstellung zur elektrischen Feldstärke ^[1]

Zusammenhang mit der elektrischen Flussdichte

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

$ {\vec {D}}=\varepsilon _{0}{\vec {E}} $

mit der elektrischen Feldkonstanten $ \varepsilon _{0} $.

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 $ \Phi $:

$ {\vec {E}}({\vec {r}})=-\nabla \Phi ({\vec {r}}) $

Die entsprechende allgemeinere Gleichung der Elektrodynamik berücksichtigt auch das Vektorpotential $ {\vec {A}} $ und die Zeitabhängigkeit:

$ {\vec {E}}({\vec {r}},t)=-\nabla \Phi ({\vec {r}},t)-{\frac {\partial }{\partial t}}{\vec {A}}({\vec {r}},t) $

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

Wikibooks: Einführung in die Theoretische Physik – Ein Lehrbuch in mehreren Bänden, 8. Teil Elektrostatik – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise