Elektrische Feldstärke (aus Kraft)

Was ist die elektrische Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke E gibt an, welche Kraft eine Einheitsladung am betrachteten Ort erfährt. Sie ist eine vektorielle Größe — Richtung wie die Kraft auf eine positive Probeladung.

Die Definition E = F / q gilt unabhängig davon, wodurch das Feld erzeugt wird (Punktladung, Plattenkondensator, Antenne).

Die Formel

E = F / q

Umstellungen:
    F = E · q
    q = F / E

Einheit: 1 V/m = 1 N/C.

Die Variablen

Minimal-Beispiel

Auf q = 2 μC wirkt F = 0,01 N:

E = F / q
  = 0,01 N / (2 · 10⁻⁶ C)
  = 5.000 V/m

Praxis-Beispiele

Beispiel 1 — Probeladung im Labor

Ein Pith-Ball mit q = 10 nC erfährt F = 50 μN.

E = 5 · 10⁻⁵ / 10⁻⁸ = 5.000 V/m

Beispiel 2 — Kraft auf Staubteilchen in der Luft

Ein Staubpartikel trägt q = 1 pC im Feld E = 1.000 V/m (in der Atmosphäre an einem Schönwettertag).

F = E · q
  = 1.000 · 10⁻¹²
  = 10⁻⁹ N
  = 1 nN

Beispiel 3 — Elektron im homogenen Feld

E = 10.000 V/m, Ladung q = −e = −1,602 · 10⁻¹⁹ C.

F = E · q
  = 10⁴ · 1,602 · 10⁻¹⁹
  ≈ 1,6 · 10⁻¹⁵ N

Vorzeichen kehrt die Kraftrichtung gegenüber dem Feld um.

Beispiel 4 — Probeladung in der Nähe eines TV-Bildschirms

Vor der Mattscheibe alter Röhrenmonitore lagen leicht 50 kV/m an. q = 1 μC ergibt:

F = 5 · 10⁴ · 10⁻⁶ = 0,05 N

Beispiel 5 — Berechnung der Probeladung

In einem Feld E = 2.500 V/m wirkt F = 1 mN. Welche Ladung trägt das Teilchen?

q = F / E
  = 10⁻³ / 2.500
  = 4 · 10⁻⁷ C
  = 400 nC