Elektrofeld-Rechner
Berechnen Sie die Elektrofeldstärke von einer Punktladung
Wie zu Verwenden
- Geben Sie die Größe der Ladung ein
- Geben Sie die Entfernung von der Ladung ein
- Wählen Sie die Einheiten für Ladung und Entfernung
- Klicken Sie auf Berechnen, um die Elektrofeldstärke anzuzeigen
- Überprüfen Sie die Kraft, die auf eine Testladung wirkt
Was ist ein Elektrofeld?
Ein Elektrofeld ist ein physikalisches Feld, das geladene Teilchen umgibt und Kraft auf andere geladene Teilchen in diesem Feld ausübt. Dies ist ein grundlegendes Konzept des Elektromagnetismus, das uns hilft zu verstehen, wie Ladungen in der Ferne ohne direkten Kontakt interagieren.
Das Elektrofeld ist als Kraft pro Ladungseinheit definiert: E = F/q. Es beschreibt die Stärke und Richtung der elektrischen Kraft, die eine Testladung in dem Feld erfahren würde.
Elektrofeld-Formel
Das Elektrofeld in der Entfernung r von einer Punktladung q ist gegeben durch:
E = k × |q| / r²
Wobei:
- E = Elektrofeldstärke (N/C oder V/m)
- k = Coulomb-Konstante (8,99 × 10⁹ N⋅m²/C²)
- q = Quellladung (C)
- r = Entfernung von der Ladung (m)
Das Elektrofeld folgt einem Umgekehrt-Quadrat-Gesetz, was bedeutet, dass es mit dem Quadrat der Entfernung von der Ladung abnimmt.
Richtung des Elektrofeldes
Die Richtung des Elektrofeldes hängt vom Vorzeichen der Quellladung ab:
- Positive Ladung: Feld zeigt radial nach außen (weg von der Ladung)
- Negative Ladung: Feld zeigt radial nach innen (zur Ladung)
Dies bedeutet, dass eine positive Testladung eine Abstoßungskraft von einer positiven Quellladung (in Feldrichtung) und eine Anziehungskraft von einer negativen Quellladung (entgegen der Feldrichtung) erfahren würde.
Elektrofeldlinien
Elektrofeldlinien werden verwendet, um Elektrofelder zu visualisieren. Wichtige Eigenschaften sind:
- Sie beginnen bei positiven Ladungen und enden bei negativen Ladungen
- Die Dichte der Feldlinien stellt die Feldstärke dar
- Feldlinien kreuzen sich nie
- Sie sind tangential zur Richtung der elektrischen Kraft auf eine positive Testladung
Feldlinien bieten eine intuitive Visualisierung, wie sich das Elektrofeld im Raum um Ladungen ausbreitet.
Anwendungen von Elektrofeldern
- Kondensatoren: Energiespeicherung basierend auf Elektrofeldern zwischen Platten
- Elektronenkanonen: Wird in CRT-Monitoren und Röntgengeräten verwendet
- Elektrostatische Abscheider: Luftreinigungstechnologie
- Van-de-Graaff-Generatoren: Hochspannungsgeneratoren mit Elektrofeldern
- Teilchenbeschleuniger: Verwendung von Elektrofeldern zur Beschleunigung geladener Teilchen
- Tintenstrahldrucker: Aufladung und Ablenkung von Tintentröpfchen
- Touchscreens: Erkennung von Fingerposition durch Elektrofeldänderungen
Häufig gestellte Fragen
- Was ist der Unterschied zwischen Elektrofeld und elektrischer Kraft?
- Die elektrische Kraft (F) ist der tatsächliche Druck oder Zug auf eine Ladung, gemessen in Newton. Das Elektrofeld (E) ist die Kraft pro Ladungseinheit (E = F/q), gemessen in N/C. Das Elektrofeld ist eine Eigenschaft des Raums, die uns sagt, welche Kraft eine Ladung dort erfahren würde.
- Warum folgt das Elektrofeld einem Umgekehrt-Quadrat-Gesetz?
- Wenn Sie sich von einer Punktladung entfernen, breitet sich das Elektrofeld über eine zunehmend größere Fläche aus. Da die Fläche einer Kugel als Quadrat ihres Radius zunimmt (4πr²), nimmt die Feldstärke proportional ab (1/r²).
- Kann ein Elektrofeld im Vakuum existieren?
- Ja! Elektrofelder können existieren und sich durch das Vakuum ausbreiten. Dies ist eine der fundamentalen Entdeckungen des Elektromagnetismus – Ladungen interagieren durch das Elektrofeld, das sie erzeugen, nicht durch direkten Kontakt.
- Was bedeutet es, wenn die Elektrofeldstärke null ist?
- Wenn die Elektrofeldstärke an einem Punkt null ist, wirkt keine elektrische Kraft auf eine dort platzierte Testladung. Dies geschieht typischerweise an Punkten zwischen gleichen entgegengesetzten Ladungen, wo sich ihre Felder aufheben.
- Wie bezieht sich das Elektrofeld auf das elektrische Potential?
- Das Elektrofeld ist der Gradient des elektrischen Potentials: E = -dV/dr. Einfach ausgedrückt zeigt das Feld vom hohen Potential zum niedrigen Potential. Die Feldstärke gibt dir an, wie schnell sich das Potential mit der Entfernung ändert.