Elektrisches Feld

Elektrisches Feld, ein physikalisches Objekt, dessen Existenz von James C. Maxwell zur Erklärung der elektromagnetischen Phänomene postuliert wurde.

Das einfachste dieser Phänomene lässt sich noch ohne ein solches „Feld” erklären: Elektrisch geladene Körper (siehe Ladung) stoßen sich ab, wenn sie beide positiv oder beide negativ geladen sind, und sie ziehen sich an, wenn sie entgegengesetzt geladen sind. Die Stärke dieser Abstoßung bzw. Anziehung wird durch das Coulomb’sche Gesetz geregelt. Ein Phänomen hingegen, das die Einführung eines elektrischen Feldes zur physikalischen Deutung nahe legt, ist die Entstehung des Induktionsstromes in einem zeitlich schwankenden Magnetfeld.

Was ist ein Feld? Das elektrische Feld wird mathematisch dadurch beschrieben, dass es an jedem Punkt des Raumes vorhanden ist, aber an jedem Ort einen anderen Betrag (Feldstärke) und eine andere Richtung haben kann. Um ein solches Feld anzugeben, muss man also für jeden Punkt den Feldvektor angeben (siehe Vektor). Die Pointe ist, dass das elektrische Feld eine Eigenschaft des leeren Raumes ist; es gibt also physikalische Dinge in der Welt, die nicht aus Materie bestehen, die zwar von der Materie beeinflusst werden, aber unabhängig von ihr existieren.

So wie das Newton’sche Gesetz die Bewegung der Materie beschreibt (siehe Mechanik), legen die Maxwell’schen Gleichungen (siehe Physik) die zeitliche Entwicklung des elektrischen Feldes fest: Kennt man für einen Zeitpunkt das elektrische und das magnetische Feld im ganzen Raum sowie die Verteilung der elektrischen Ladungen im Raum, so kann man aus den Maxwell’schen Gleichungen das elektrische und das magnetische Feld zu irgendeinem späteren (oder früheren) Zeitpunkt errechnen.

Der Maxwell’schen Theorie zufolge (die durch Experimente sehr gut bestätigt ist, ausgenommen im Bereich der Quantenphysik) können das elektrische und das magnetische Feld zusammen Energie im leeren Raum speichern oder durch den leeren Raum transportieren. Außerdem ist Licht nichts anderes als eine gemeinsame Schwingung von elektrischem und magnetischem Feld.

Das elektrische Feld lässt sich (grob) dadurch messen, dass es auf einen geladenen Probekörper die Lorentz-Kraft K = qE ausübt, wobei K die Kraft ist, q die elektrische Ladung des Probekörpers und E der elektrische Feldvektor an der Stelle, an der sich der Probekörper befindet. Ein elektrisches Feld kann künstlich, z. B. durch einen Kondensator erzeugt werden.

Im Bereich der Quantenphysik muss die Maxwell’sche Theorie durch eine Quantenelektrodynamik ersetzt werden.