Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre
Elektrische Feldlinien und Potential
Feldlinien geben die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung an. Sie beginnen an positiven und enden an negativen Ladungen. Punkte gleichen Potentials liegen auf Äquipotentiallinien, und die stehen überall senkrecht auf den Feldlinien. Die Feldstärke einer Punktladung ist E(r) = 14π ε0 · Qr², die Felder mehrerer Ladungen addieren sich.
So gehst du vor
- 1Wähle eine Anordnung oder setze eigene Ladungen. Ziehe jede Ladung mit dem Finger: Das Bild rechnet sofort neu.
- 2Tippe eine Ladung an, um ihren Wert am Regler zu ändern.
- 3Ziehe die Probeladung q an einen Ort. Der schwarze Pfeil zeigt die Feldstärke dort, rechts stehen die Werte.
- 4Schalte die Äquipotentiallinien zu und ändere ihren Abstand Δφ.
- 5Mit „Einzelfelder“ siehst du, wie die Felder der einzelnen Ladungen sich an der Probeladung addieren.
Tippe eine Ladung an, um ihren Wert zu ändern.
Das Bild ist ein Schnitt durch das räumliche Feld. Die Zahl der Linien an einer Ladung ist proportional zu ihrer Ladung; die Dichte in der Zeichenebene zeigt die Feldstärke deshalb nur ungefähr. Linien, die das Bild verlassen, laufen außerhalb weiter. Grün sind die Äquipotentiallinien, die dicke grüne Linie hat φ = 0.
Am Ort der Probeladung
Ort (0,0 cm | 7,0 cm)
E = 2.754 NC, Richtung 0° gegen die x-Achse
φ = 0,0 V
Kraft auf q = 1 nC: F = q · E = 2,75 µN
Q1 = 2,00 nC, r = 9,2 cm: E1 = 2.116 NC
Q2 = −2,00 nC, r = 9,2 cm: E2 = 2.116 NC
Aufträge
- Wähle die Punktladung (2 nC). Bestimme E und φ im Abstand 5 cm, 10 cm und 20 cm. Wie hängen sie vom Abstand ab? Rechne einen Wert nach.
- Wähle den Dipol und schalte die Äquipotentiallinien zu. Wie laufen Feldlinien und Äquipotentiallinien zueinander? Welches Potential hat die Mittelsenkrechte? Warum schneiden sich zwei Feldlinien nie?
- Wähle zwei gleiche Ladungen. Ziehe die Probeladung in die Mitte. Was gilt dort für E und φ? Schalte die Einzelfelder ein und begründe.
- Wähle die ungleichen Ladungen (+4 nC und −1 nC im Abstand 12 cm). Es gibt einen feldfreien Punkt. Wo liegt er? Berechne ihn und suche ihn mit der Probeladung.
- Wähle den Plattenkondensator (eine Reihe von Punktladungen je Platte). Vergleiche E in der Mitte, 3 cm darüber und außerhalb der Platten. Wo ist das Feld homogen? Prüfe U = E · d mit den Potentialen bei x = −1 cm und x = 1 cm.
- Ladung X: Bestimme Vorzeichen und Betrag der Ladung aus Messungen von E in zwei Abständen. Löse erst danach auf.
Theorie: Elektrizitätslehre-Skript, Abschnitte „Feldlinienbilder“, „Die elektrische Feldstärke“, „Das Coulombsche Gesetz“, „Potential und Spannung“, „Äquipotentiallinien“ und „Potential einer Punktladung“.