E-Feld und Potential

In der Umgebung einer elektrischen Ladung entstehen Kräfte auf andere Ladungen. Die Stärke dieser Kraftwirkung wird mit der elektrischen Feldstärke beschrieben, die die Ladung in ihrer Umgebung erzeugt. Da diese Feldstärke ortsabhängig ist, bieten sich zwei Möglichkeiten an, sie darzustellen: das Vektorfeld oder die E-Feldlinien.

Im folgenden Beispiel bewege sich eine positive Ladung gleichmässig in y-Richtung nach oben, wie im Bild angedeutet. Die folgenden Filme beziehen sich auf den eingerahmten blauen Raumbereich.

E-Feld1

Im ersten Teil der Animation sind die E-Feld Vektoren dargestellt, danach folgt der Übergang zu den E-Feldlinien:

Eine weitere Möglichkeit ergibt sich, wenn man die Feldvektoren als Gradienten eines Potentials auffasst. Das Potential ist ein Skalarfeld, also eine Grösse, die zwar ortsabhängig ist, aber keine Richtung besitzt.

Die Wertedarstellung des Potentials kann in einem Graustufenbild erfolgen, (je grösser der Wert, desto heller die Region): Die Potentialverteilung der bewegten Ladung sieht dann folgendermassen aus

Eine andere Darstellung verwendet Linien konstanten Potentials (analog Höhenlinien auf einer Landkarte). Auf diesem "Contour Plot" sieht man, dass die E-Feld Vektoren senkrecht auf den Aequipotentiallinien stehen. Der E-Feldvektor ist der negative Gradient des elektrischen Potentials.

Wenn man für das vorherige Beispiel den Wert des Potentials als Höhe darstellt, dann sieht die Potentialverteilung der bewegten Punktladung im betrachteten Bereich wie folgt aus:

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