Was ist ein elektrisches Feld?
Ein elektrisches Feld kann als Einflussbereich eines elektrisch geladenen Objekts angesehen werden. Alles, was sich elektrisch auflädt, wirkt sich auf andere geladene Körper aus und wird von diesen beeinflusst. Wenn zwei geladene Objekte ausreichend nahe beieinander platziert werden, erfährt jedes eine messbare Kraft, die auf es einwirkt. Das Feld hat theoretisch eine unendliche Ausdehnung, aber seine Größe verringert sich mit der Entfernung von der Quelle gemäß dem inversen Quadratgesetz. Das heißt, wenn die Entfernung verdoppelt wird, wird die Stärke des Feldes durch vier geteilt, und bei dreifacher Entfernung wird die Stärke durch neun geteilt, und so weiter. das Feld wird daher bei großen Entfernungen vernachlässigbar.
Da eine elektrische Ladung positiv oder negativ sein kann, ist das elektrische Feld ein Vektorfeld, was bedeutet, dass es sowohl eine Richtung als auch eine Größe hat. Zwei elektrisch geladene Objekte erfahren eine Abstoßungskraft, wenn sie dieselbe Ladungsart haben, und eine Anziehungskraft, wenn sie unterschiedliche Ladungsarten haben. Die Kraft, die ein geladenes Objekt in einem elektrischen Feld erfährt, kann berechnet werden als F = Eq, wobei F die Kraft in Newton ist, E das elektrische Feld in Volt pro Meter (v / m) ist und q die Ladung in Coulombs ist. Diese Gleichung kann neu geordnet werden, um die Feldstärke E in Volt pro Meter zu erhalten: E = F / q. Diese Beispiele gelten für kleine, punktförmige Objekte. Bei komplexeren oder mehreren geladenen Körpern sind die Berechnungen komplizierter.
Die Richtung eines elektrischen Feldes ist definiert als die Richtung, in der die elektrische Kraft von einem Objekt mit positiver Ladung im Feld wahrgenommen wird. Somit würde das Feld von einer positiven Ladung weg zu einer negativen Ladung weisen, da sich gleiche Ladungen abstoßen und sich ungleiche Ladungen anziehen. Bei zwei Körpern mit der gleichen Ladungsart würde jeder eine Kraft erfahren, die - nach der Gleichung F = Eq kalkulierbar - vom anderen Objekt weg gerichtet ist. Umgekehrt würde bei zwei entgegengesetzt geladenen Körpern jeder eine Kraft erfahren, die auf das andere Objekt gerichtet ist.
Eine elektrische Feldlinie kann mit einem Pfeil gezeichnet werden, der von einer positiven Ladung weg und zu einer negativen Ladung zeigt. So würde ein positiv geladenes Objekt mit in alle Richtungen von ihm weg weisenden Feldlinien und ein negativ geladenes Objekt mit darauf konvergierenden Feldlinien dargestellt. Dies ist jedoch nur eine Konvention und zeigt nicht an, dass irgendetwas physisch in eine bestimmte Richtung weist.
Das oben beschriebene Konzept eines elektrischen Feldes ist Teil der „klassischen“ Physik. Die klassische Beschreibung eignet sich gut für alltägliche Anwendungen, erklärt jedoch nicht, was tatsächlich passiert, wenn sich geladene Objekte gegenseitig anziehen oder abstoßen. Ein Zweig der Quantentheorie, bekannt als Quantenelektrodynamik (QED), versucht dies im Sinne des Austauschs von Photonen, den Trägern der elektromagnetischen Kraft.