Elektrische Ladung und elektrische Felder — Physik, 14–17 Jahre
Elektrische Ladung ist eine Eigenschaft, durch die sich Körper elektrisch anziehen oder abstoßen. Ein elektrisches Feld beschreibt die Kraft, die eine Ladung an jedem Ort erfahren würde, auch bevor dort eine andere Ladung steht.
Ein Feld um eine Ladung
Positive und negative Ladungen ziehen sich an, gleichnamige Ladungen stoßen sich ab. Statt von einem unsichtbaren Zug zu sprechen, der sofort über den Raum wirkt, verwendet die Physik ein elektrisches Feld: eine Karte der möglichen Kraft um eine Ladung. Die Feldrichtung ist die Bewegungsrichtung einer kleinen positiven Probeladung.
Warum Felder eingeführt wurden
Kräfte zwischen getrennten Ladungen sind schwer als direkten Kontakt vorzustellen, doch ihre Stärke ändert sich mit dem Abstand. Die Feldidee gibt jedem Ort im Raum einen messbaren Wert, sodass Quellladung und betroffene Ladung getrennt untersucht werden können. Auch Anordnungen mit mehreren Ladungen lassen sich damit leichter vorhersagen.
Durchgerechnetes Beispiel
Eine positive Ladung erzeugt an einem 0,5 m entfernten Punkt ein Feld von 200 N/C. Dort wird eine kleine positive Ladung von 0,003 C platziert. Die Kraft ist F = qE = 0,003 × 200 = 0,6 N. Da beide Ladungen positiv sind, zeigt die Kraft von der Quellladung weg. Eine negative Probeladung würde 0,6 N in die Gegenrichtung erfahren.
Der häufige Fehler
Ein häufiger Fehler ist, alle Feldpfeile von einer Ladung wegzuzeichnen. Das wirkt einfach, weil ein Pfeil als „Wirkung der Ladung“ gelesen werden kann. Laut Vereinbarung zeigt die Feldrichtung aber die Kraft auf eine positive Probeladung: Pfeile gehen von positiven Ladungen weg und zu negativen hin.
Wo es verwendet wird
Tintenstrahldrucker lenken winzige geladene Tropfen mit elektrischen Feldern und bilden so Buchstaben. Elektrostatische Lackiergeräte laden Tropfen auf, damit sie von einer Autokarosserie angezogen werden und weniger verloren geht. Auch Blitze, Fotokopierer und Kondensatoren beruhen auf elektrischen Feldern, allerdings in unterschiedlichen Bauweisen.
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