Experimente zum elektrischen Feld Wir wollen Faradays Vorstellung in zwei Experimenten qualitativ überprüfen und untersuchen, ob im Raum zwischen elektrisch geladenen Objekten eine Kraftwirkung messbar ist. Demoexperiment: Elektrisches Feld zwischen geladenen Platten 103.1 E2 Rizinusöl in einer flachen Glasschale wird mit Grießkörnern bestreut. An zwei längliche parallele Elektroden in der Schale wird eine Hochspannung von etwa 10 000 V angelegt. Beschreibe deine Beobachtung (103.1)! Zwischen den geladenen Platten herrscht ein elektrisches Feld. Dies bedeutet, dass es an jedem Raumpunkt elektrische Kräfte gibt. Dadurch verschieben sich die Elektronen in den elektrisch neutralen Grießkörnern. Die Körner werden zu elektrischen Dipolen: Auf der Seite zur positiven Elektrode tragen sie eine kleine negative Ladung (Elektronenüberschuss), auf der entgegengesetzten Seite sind sie durch Elektronenmangel positiv geladen. Die anfänglich regellos verteilten Grießkörner ordnen sich nun auf Grund der Anziehung ungleichnamiger Ladungen zu parallelen Ketten, ihre Richtung zeigt die örtliche Feldrichtung an. Wir haben ein Bild der Feldlinien erhalten (103.3). In einem weiteren Modellversuch wollen wir uns die Feldverteilung um ein geladenes kugelförmiges Teilchen, z. B. ein Ion, ansehen. Zur Vereinfachung untersuchen wir jedoch keine kugelförmige Ladung, sondern beschränken uns auf das zweidimensionale Feldlinienbild einer geladenen Drahtspitze. Demoexperiment: Elektrisches Feld einer Drahtspitze 103.2 E2 Rizinusöl in einer flachen Glasschale wird mit Grießkörnern bestreut. Als Elektroden werden ein Metallring und im Zentrum eine kleine, zylindrische Elektrode (Drahtspitze) fixiert. Dann wird eine Spannung von etwa 10 000 V angelegt. Beobachte und beschreibe deine Beobachtungen (103.2)! Beim Anlegen der Spannung entsteht ein Feldlinienbild. Die Grießkörner beginnen zum Zentrum zu wandern, weil die Kraft auf den positiven und den negativen Ladungsschwerpunkt der Dipole nicht gleich groß ist. Die elektrische Kraft wird nach innen umso stärker, je näher sich die Grießkörner an der Drahtspitze befinden. Die Feldlinien verlaufen radial und werden zum Zentrum hin dichter. Die beiden Versuche können wir zusammenfassen: Wir könnten im Prinzip beliebig viele Feldlinien darstellen, wenn nicht die Größe der Grießkörner dies verhindern würde: In jedem Punkt zwischen den Elektroden wirkt eine elektrische Kraft. Diese Kraft können wir durch ihre Wirkung auf kleine geladene Körper („Probeladungen“) messen. Diese Probeladungen sollten sehr klein sein, um das zu messende Feld möglichst wenig zu beeinflussen. Das elektrische Feld bestimmt für alle Punkte im Raum Richtung und Größe der elektrischen Kraft. Feldlinien zeigen die Richtung der Kraft im Raum zwischen den Ladungen an, die das Feld erzeugen. Das Feld kann ausgemessen werden, indem die Kraft auf eine kleine positive Probeladung an vielen Punkten bestimmt wird. Das Feld von ruhenden elektrischen Ladungen heißt elektrostatisches Feld. 103.1 Elektrische Feldlinien zwischen entgegengesetzt geladenen Platten verlaufen großteils gerade und parallel zueinander. Nur am Plattenrand sind sie nach außen gewölbt. 103.2 Feld einer geladenen Drahtspitze. Um eine Vorstellung vom Feld um eine geladene Kugel zu erhalten, versuche dir die Feldlinien dreidimensional vorzustellen, also nicht nur in der Bildebene. Mit einer Analogie spricht man in der Physik vom „Feldlinien-Igel“. 103.3 Im elektrischen Feld verschieben sich Ladungen, Grießkörner werden zu elektrischen Dipolen und ordnen sich zu Ketten an. + – + – + – + – + – + – + – + – + – + 103 Felder 4 Elektrisches Feld Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
RkJQdWJsaXNoZXIy MTA2NTcyMQ==